Міжнародна команда дослідників здійснила значний крок у квантовій фізиці, продемонструвавши створення екзотичного стану матерії за кімнатної температури. Результати експерименту, опубліковані в журналі Science Advances, відкривають нові можливості для розробки квантових комп’ютерів та високоточних сенсорів, оскільки цей метод не потребує екстремального кріогенного охолодження, яке зазвичай супроводжує подібні дослідження.
Для створення цього стану вчені використали мікрорезонатор — спеціальну структуру, що утримує світло. Усередині неї поєднали рідкий кристал, який можна контролювати за допомогою напруги, та органічний напівпровідник, що активно взаємодіє зі світлом. Енергію для квантової реакції забезпечували лазерні імпульси. В результаті вдалося отримати так зване «супертверде тіло» (supersolid) у конденсаті Бозе-Ейнштейна екситон-поляритонів.
Щоб зрозуміти складність цього явища, варто розібрати терміни: супертверде тіло поєднує властивості надплинної рідини (яка тече без опору) та твердого тіла з регулярною кристалічною структурою. Екситон-поляритон — це гібридна квазічастинка, що об’єднує світло та матерію, а конденсат Бозе-Ейнштейна — стан, де безліч частинок поводяться як єдине ціле. «Наші мікрорезонатори з рідкими кристалами можуть працювати навіть при температурах, що наближаються до 60 °C», — зазначає фізик Віктор Піцек з Військового технологічного університету в Польщі.
Попри успіх, дослідники зіткнулися з технічними викликами: стан матерії був відносно недовговічним через деградацію матеріалів під час реакції. «Нам доводилося планувати всю послідовність експериментів заздалегідь. Повторення вимірювання означало створення абсолютно нового зразка», — пояснює фізик Марцін Мушинський з Міського коледжу Нью-Йорка.
Під час кожного лазерного імпульсу конденсат формувався заново, а його «смуги» — кристалічні структури — щоразу вишиковувалися трохи інакше. Це стало доказом того, що явище є внутрішньою властивістю квантового стану, а не наслідком впливу зовнішнього мікрорезонатора. «Це хрестоматійний приклад спонтанного порушення симетрії», — коментує фізик Гійом Мальпеш з Національного центру наукових досліджень Франції (CNRS). «Теорія передбачала, що супертверде тіло може обирати між кількома еквівалентними станами, і саме це ми спостерігали».
Хоча отримані частинки існували лише частки секунди, цього виявилося достатньо для фіксації даних, які згодом підтвердили комп’ютерні моделі. Цей підхід значно спрощує вивчення квантової поведінки, оскільки дозволяє уникнути дорогого та складного обладнання для глибокого охолодження. У майбутньому вчені планують працювати над збільшенням тривалості життя цих реакцій та детальнішим вивченням квантових вихорів, які вказують на надплинну поведінку системи.
Джерела: sciencealert.com
