Физики создали одномерный газ и смогли перевести его атомы из низких энергетических состояний в более высокие без коллапса системы. В результате авторы наблюдали формирование «квантовых шрамов» — новых квантовых состояний.
Одномерный квантовый газ обычно нестабилен в магнитном поле, но физикам удалось создать такую систему, которой такое воздействие нипочем. При высоких напряженностях в такой системе появляются «квантовые шрамы» — состояния, которые ранее наблюдались всего один раз
В своем исследовании физики анализировали газ Тонкса-Жирардо — очень необычную систему, в которой сильно возбужденные атомы газа выстроены в одну линию и могут двигаться только в одном измерении. Атомы запрограммированы так, что очень сильно притягиваются друг к другу. Самое интересное в этой системе то, что даже если попытаться сжать ее с помощью внешних сил, она не приобретет форму шара, как это делают обычные газы.
Но на практике эти системы просто разрушаются под действием внешних сил. Авторы нового исследования решили попробовать создать одномерный газ из атомов диспрозия, обладающего магнитными свойствами. Ученые ожидали, что такая система так же разрушится при действии слабого магнитного поля. Но оказалось, что газ из атомов диспрозия невероятно стабилен даже при высоких напряженностях магнитного поля.
Используя магнитное поле, исследователи сближали атомы все сильнее, увеличивая энергию системы. В результате ученые увидели формирование новых состояний, которые получили название «квантовых шрамов». Эти состояния возникают, когда частицы в квантовой системе начинают двигаться по одним и тем же траекториям и проходят по ним много раз. До сих пор физики наблюдали это явление всего один раз в одночастичной системе, так что новая работа — первый пример формирования квантовых шрамов в системе из нескольких частиц.
Исследование не имеет конкретного практического применения, но квантовые шрамы могут быть очень интересны для физики, так как теоретически могут помочь в создании устройств для квантовой связи и безопасного хранения информации.
Исследование опубликовано в журнале Science.
