Обнаружена уникальная квантовая структура — дробное фермионовое море
Группа физиков под руководством Ганнса-Крістофа Нагерля при сотрудничестве с теоретиком Альвізе Бастіанелло выявила ранее неизвестный тип квантового поведения, который получил название дробное фермионовое море. Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, основано на экспериментах с ультрахолодными атомами цезия, помещёнными в одновмерную систему длиной всего несколько сотых микрометра. Такая компактная структура позволила наблюдать новые квантовые феномены с высокой точностью.
В ходе эксперимента учёные многократно меняли взаимодействия между атомами — как притяжение, так и отталкивание. Традиционно фермионы формируют так называемое море Ферми при температурах, близких к абсолютному нулю (−273,15 °C). Однако в этой работе система переходила из основного состояния в сильно возбужденное, сохраняя при этом внутреннюю упорядоченность. Особенность дробного фермионового моря — проявление осцилляций Фриделя и необычные дальние корреляции, что указывает на существование новых коллективных квазичастиц, которые, по словам Нагерля, можно условно назвать суперфермионами.
Влияние открытия на будущее квантовой физики
Полученные данные противоречат классической теории Томонаги-Луттингера, которая долгое время служила основой для описания фермионов в одномерных квантовых системах. Это открытие существенно расширяет горизонты понимания квантовых состояний и может стать отправной точкой для новых направлений исследований в физике конденсированных сред.
Для российской научной аудитории результаты этого исследования особенно важны, поскольку они открывают новые возможности в изучении и управлении квантовыми системами на базе ультрахолодных атомов — области, которая активно развивается и в России. В дальнейшем изучение дробного фермионовго моря может привести к значительным прорывам в области квантовых материалов и квантовых вычислений, а также поспособствовать разработке инновационных технологий на стыке физики и материаловедения.
Исследование квантовых систем продолжает удивлять учёных новыми открытиями. Так, недавно был достигнут прорыв в наблюдении квантовых струнам Бете в ультрахолодном газе, что подчеркивает важность изучения подобных явлений для дальнейшего понимания сложных квантовых состояний. Эти достижения могут стать основой для новых экспериментов и теорий в области квантовой физики.