Коли атоми шепочуть: як вчені навчилися бачити квантові зв'язки

У світі, де все складається з атомів, ми звикли сприймати їх як невидимі цеглинки матерії. Але що, якби ми могли не лише побачити кожен атом окремо, а й зазирнути в їхні взаємодії — у саму суть квантових зв'язків? Саме це вдалося дослідникам з Массачусетського технологічного інституту, які вперше в історії зафіксували парні кореляції між атомами в ультрахолодних газах з безпрецедентною точністю. Детальніше про це дослідження можна прочитати в журналі Physical Review Letters.

Квантова мікроскопія: новий погляд на невидиме

Команда фізиків під керівництвом Мартіна Цвірляйна розробила методику, що дозволяє спостерігати за поведінкою окремих атомів у квантових газах без використання оптичних решіток. Це означає, що вони змогли дослідити атоми в умовах, максимально наближених до природних, без штучних обмежень, які могли б впливати на їхню поведінку.

Завдяки цьому підходу вчені змогли безпосередньо виміряти квантові кореляції — тонкі взаємозв'язки між атомами, які виникають через їхню хвильову природу. Вони спостерігали, як у бозонів (частинок, що підкоряються статистиці Бозе — Ейнштейна) виникає тенденція до «злипання», тоді як ферміони (частинки, що підкоряються статистиці Фермі — Дірака) демонструють ефект «антисоціальності», уникаючи один одного.

Від теплових коливань до надпровідності

Дослідники також вивчили поведінку сильно взаємодіючих ферміонів у двовимірних системах, спостерігаючи утворення пар у переході між бозе-конденсатом і куперівськими парами — ключовим елементом у розумінні надпровідності. Вони змогли виміряти розмір цих пар і короткодіючі контакти між атомами, що відкриває нові можливості для дослідження квантових фаз матерії.

Крім того, використовуючи теорему флуктуацій-дисипації, вчені змогли провести in situ термометрію — вимірювання температури безпосередньо в системі, що досліджується, без необхідності зовнішнього втручання.

Майбутнє квантових технологій

Це дослідження не лише розширює наше розуміння квантових систем, але й відкриває нові горизонти для розвитку квантових технологій. Здатність спостерігати і вимірювати квантові кореляції з такою точністю може стати ключем до створення нових матеріалів, квантових комп'ютерів та інших інновацій, які змінять наше уявлення про можливості науки і техніки.

Більше новин читайте на GreenPost.