При найнижчих температурах у Всесвіті фізика стає дивною.
Коли атоми охолоджуються до температури, близької до абсолютного нуля (-273,15°C), вони можуть проводити електрику без опору, ставати 'суперчастинками' або текти без тертя.
Існування на найменших, найхолодніших масштабах підпорядковується квантовій статистиці, яка визначає поведінку бозонів і ферміонів: двох сімей фундаментальних частинок, з яких складається все у Всесвіті.
Бозони є частинками, що несуть сили, як фотони або знаменитий бозон Хіггса. Вони можуть займати один і той же квантовий стан, що означає, що безліч бозонів можуть 'перекриватися' і діяти як когерентні хвилі.
Ферміони, такі як електрони і кварки, що складають протони і нейтрони, не можуть 'перекриватися', оскільки лише один ферміон може займати квантовий стан.
Нещодавно фізики застосували ці принципи, щоб експериментально і теоретично описати нову дивну фазу квантової матерії, схожу на море самоорганізованих частинок.
Дослідники спочатку створили екзотичний стан матерії, відомий як бозонний газ, що складається з приблизно 70 000 атомів цезію, охолоджених до температури всього кількох нанокельвін, що еквівалентно мільярдам часток градуса вище абсолютного нуля.
У таких екстремальних умовах атоми втрачають свою індивідуальність і починають діяти як єдине ціле.
Дослідники потім обмежили цю унікальну речовину в одномірних трубках, створених за допомогою двовимірної оптичної решітки, що затримує атоми для спостереження.
Вони піддали цю матерію повторюваним циклам взаємодії, в яких атоми спочатку сильно відштовхувалися, а потім притягувалися один до одного.
Таким чином, вони створили абсолютно нову, несподівано екзотичну фазу квантової матерії, відому як дробове море Фермі.
Цей стан є високозбудженим, але не випадковим. Він має прихований порядок, який стає видимим у його кореляціях.
Цікавий факт
Дослідження нових квантових станів матерії може допомогти покращити технології квантової інформації та сенсорики, що має величезний потенціал для розвитку матеріалознавства та біомедицини.
