Фізики зробили неймовірне відкриття: виявлено новий незвичайний стан матерії

Вчені протягом 20 років намагалися виявити дивний квантовий стан матерії і, нарешті, їм це вдалося. Фізики вперше підтвердили існування такого дивного явища, як протиточна надплинність.

Що таке протиточна надплинність?

У цьому унікальному стані два різні компоненти, наприклад, різні типи атомів, течуть в протилежних напрямках, зберігаючи ідеальний зв’язок. Незважаючи на те, що обидва компоненти є надплинними, система загалом залишається нерухомою і нестисливою. Це відкриття може допомогти вивчити та моделювати складні квантові системи в надзвичайно холодному середовищі та стати основою для нових відкриттів у квантовій фізиці. Дослідження опубліковано в журналі Nature Physics, про що повідомляє Interesting Engineering.

Дослідження, яке стало проривом

Протягом останніх 20 років фізики передбачали існування протитечійної надплинності. Але досі вченим не вдавалося спостерігати цей незвичний стан матерії під час експериментів.

Перш ніж розібратися в надплинності, слід зазначити, що це здатність матерії у стані квантової рідини текти без тертя. Цей ефект вперше виявили ще в 30-х роках минулого століття у рідкого гелію. Це відкриття призвело до розвитку численних технологій, що працюють на низьких температурах, таких як лазерне охолодження.

Автори нового дослідження переконані, що виявлення протитечійної надплинності буде мати величезне значення для розробки нових квантових технологій, а також може призвести до нових відкриттів у галузі квантової фізики.

Експериментальний підхід вчених

Для виявлення протиточної надплинності фізики підготували двокомпонентну систему, використовуючи охолоджені до майже абсолютного нуля атоми рубідію-87 різного спінового стану. Атоми були піддані впливу лазерного світла, яке допомагало утримувати їх у певному положенні.

Цей процес призвів до створення ізолятора Мотта — матеріалу, який, згідно з теорією, має проводити електрику, але насправді не проводить. Це відбувається через сильні взаємодії між спінами частинок, які змушують їх локалізуватися, заважаючи електронам вільно переміщатися.

Завдяки управлінню взаємодіями між атомами у квантовій системі фізики змогли змінити холодний стан матерії, досягнувши стану, в якому два типи атомів текли в протилежних напрямках. При цьому вони були ідеально збалансовані, демонструючи наявність протиточної надплинності.

Підтвердження спостережень

Використовуючи квантовий газовий мікроскоп, фізики змогли спостерігати окремі атоми у системі та підтвердити, що вони перебувають у протилежних квантових станах. Спостереження підтвердило, що коли один атом рухається в одному напрямку, інший атом у протилежному стані спіна рухається у протилежному напрямку.

Таким чином, нові відкриття фізиків не лише розширюють горизонти нашого розуміння квантової фізики, але й відкривають нові можливості для технологічних інновацій у майбутньому.