Фізики з Університету Інсбрука вперше експериментально зафіксували утворення багатьох квантових кластерів, відомих як струни Бете, в одновимірному газі ультрахолодних атомів. Результати дослідження опублікували 29 серпня в журналі Nature Communications. Нове досягнення підтверджує теорію, яку ще у 1931 році висунув німецький фізик Ганс Бете для пояснення магнетизму матеріалів на рівні електронів.
У тривимірному просторі газ із атомів, що притягуються, зазвичай швидко колапсує та перетворюється на молекули, виділяючи енергію. Проте в одному вимірі атоми вишиковуються в лінію на кшталт перлин на намисті, де вони не можуть оминути одне одного, що запобігає негайному руйнуванню системи.
Щоб створити такі «намиста», команда дослідників почала з десятків тисяч атомів цезію, охолоджених до стану конденсату Бозе — Ейнштейна. За допомогою лазерних променів цей конденсат розділили на тисячі тонких трубок, кожна з яких утримувала лінію з кількох десятків атомів. Спочатку атоми відштовхувалися, але за допомогою магнітного поля вчені поступово зменшили це відштовхування до нуля, а потім перетворили його на притягання.
Напряму побачити струни не вдалося, тому фізики вимірювали швидкість розширення атомної хмари після звільнення. У тривимірному просторі хмари розширювалися приблизно втричі енергійніше, ніж в одновимірному, оскільки зв’язані струни розпадалися та вивільняли енергію. Вимірювання показали наявність кластерів, що складаються щонайменше з шести атомів, які добре узгоджуються з прогнозами узагальненої гідродинаміки.
«Це справді дещо схоже на перлини на нитці, чи не так? Наче на намисті, вони не можуть пройти повз», — розповів співавтор дослідження, експериментальний фізик Ганс-Крістоф Негерл виданню Live Science. Водночас він зазначив, що це лише вагомі докази, а не остаточний доказ існування струн.
Створені стани є недовговічними, оскільки атоми з часом відчувають тривимірний вплив і розпадаються на звичайні молекули цезію — під час експериментів вчені втрачали близько 40% атомів. У майбутньому команда планує використати мікрохвильове екранування для захисту ультрахолодних молекул або застосувати квантову газову мікроскопію для прямого спостереження за кожною окремою струною.
Джерела: livescience.com
