Когда атомы шепчут: как ученые научились видеть квантовые связи

В мире, где все состоит из атомов, мы привыкли воспринимать их как невидимые кирпичики материи. Но что, если бы мы могли не только увидеть каждый атом в отдельности, но и заглянуть в их взаимодействия — в самую суть квантовых связей? Именно это удалось исследователям из Массачусетского технологического института, которые впервые в истории зафиксировали парные корреляции между атомами в ультрахолодных газах с беспрецедентной точностью. Подробнее об этом исследовании можно прочитать в журнале Physical Review Letters.

Квантовая микроскопия: новый взгляд на невидимое

Команда физиков под руководством Мартина Цвирляйна разработала методику, позволяющую наблюдать за поведением отдельных атомов в квантовых газах без использования оптических решеток. Это означает, что они смогли исследовать атомы в условиях, максимально приближенных к естественным, без искусственных ограничений, которые могли бы влиять на их поведение.

Благодаря этому подходу ученые смогли непосредственно измерить квантовые корреляции — тонкие взаимосвязи между атомами, возникающие из-за их волновой природы. Они наблюдали, как у бозонов (частиц, подчиняющихся статистике Бозе — Эйнштейна) возникает тенденция к «слипанию», тогда как фермионы (частицы, подчиняющиеся статистике Ферми — Дирака) демонстрируют эффект «антисоциальности», избегая друг друга.

От тепловых колебаний до сверхпроводимости

Исследователи также изучили поведение сильно взаимодействующих фермионов в двумерных системах, наблюдая образование пар в переходе между бозе-конденсатом и куперовскими парами — ключевым элементом в понимании сверхпроводимости. Они смогли измерить размер этих пар и кратковременные контакты между атомами, что открывает новые возможности для исследования квантовых фаз материи.

Кроме того, используя теорему флуктуаций-диссипации, ученые смогли провести in situ термометрию — измерение температуры непосредственно в исследуемой системе, без необходимости внешнего вмешательства.

Будущее квантовых технологий

Это исследование не только расширяет наше понимание квантовых систем, но и открывает новые горизонты для развития квантовых технологий. Способность наблюдать и измерять квантовые корреляции с такой точностью может стать ключом к созданию новых материалов, квантовых компьютеров и других инноваций, которые изменят наше представление о возможностях науки и техники.

Больше новостей читайте на GreenPost.