Дослідники з Університету Інсбрука разом із теоретиками з CNRS та Університету Париж-Дофін показали, що можна цілеспрямовано створювати особливий клас квантових станів, відомий як "fractional Fermi sea". Про це пише Sciencedaily.
Дивіться також Бум ШІ може зіткнутися з несподіваною проблемою – дата-центри опинилися під загрозою
Що таке "дробове фермі-море" і як його отримали?
Робота базується на експериментах із ультрахолодними атомами цезію, які утримувалися в одномірному середовищі. Систему багаторазово переводили між станами сильного відштовхування та сильного притягання між частинками.
У звичайних умовах ферміони формують так зване фермі-море – структуру, де частинки займають енергетичні рівні відповідно до принципу Паулі. Проте в цьому експерименті система поводилася інакше. Замість рівноважного стану вона переходила у сильно збуджену, але впорядковану конфігурацію, яка не описується класичною теорією Томонаги–Луттінгера – базовою моделлю для одномірних квантових систем.
Фізики назвали цей стан "дробовим", оскільки ефективне заповнення енергетичних рівнів виглядає зменшеним і не відповідає стандартним правилам поведінки ферміонів.
Як виглядає "прихований порядок" у системі?
Попри те, що стан є високоенергетичним, він не є випадковим. У структурі спостерігаються характерні квантові кореляції та коливання густини, відомі як осциляції Фріделя. За словами дослідників, система демонструє незвичний тип упорядкування, який проявляється лише через математичний аналіз взаємодій між частинками.
Головна особливість полягає в тому, що цей стан зберігає стабільні кореляції навіть при різних режимах взаємодії – як при відштовхуванні, так і при притяганні частинок.
Виявлені характеристики вказують на існування окремої критичної фази матерії, яка не вписується у відомі класи квантових станів. Це відкриття особливо важливе для розвитку квантових симуляторів – систем, які дозволяють моделювати складні квантові процеси, недоступні для класичних обчислень.
Дослідники підкреслюють, що експеримент демонструє можливість не лише відтворювати вже відомі фізичні моделі, а й створювати нові стани матерії, які раніше існували лише в теорії.
Команда також працює над експериментальним підтвердженням цієї фази в лабораторних умовах. Вони очікують, що подальші дослідження допоможуть краще зрозуміти поведінку багаточастинкових квантових систем поза рівновагою.