Чтобы достичь этого эффекта, специалисты Венского технического университета создали ультрахолодный квантовый газ из тысяч атомов рубидия. С помощью магнитных и оптических полей они «заперли» атомы в узкой ловушке, позволив им двигаться строго в одном направлении — вдоль воображаемой линии.
При температурах, близких к абсолютному нулю, авторы эксперимента смогли наблюдать, как энергия и масса перемещаются по этому «квантовому проводу» с идеальной эффективностью, будто по сверхпроводнику — даже после бесчисленных столкновений поток остается стабильным и не ослабевает.
В физическом смысле транспорт в материи бывает двух типов. При баллистическом транспорте (баллистической проводимости) — частицы движутся свободно, как пуля, пролетающая прямую дистанцию: пройденный путь растет линейно со временем. При втором типе, диффузии, транспорт замедляется из‑за хаотических столкновений, как при распространении тепла внутри металла, когда более горячие атомы постепенно делятся своей энергией с холодными. Здесь действует «нелинейное правило»: чтобы вещество или энергия прошли вдвое больший путь, времени нужно вчетверо больше.
Но в эксперименте специалистов TU Wien атомы показали принципиально новое поведение. Как объясняет сотрудник Атомного института Венского технического университета Фредерик Меллер, измерения показали, что диффузия в условиях ультрахолодного квантового газа практически исчезает — массы и энергия перетекают сквозь газ без малейших потерь.
Поведение системы можно сравнить с известным маятником «колыбель Ньютона»: если отпустить один шарик, импульс моментально передается через ряд других шариков к последнему, который отскакивает, будто энергия удара прошла сквозь шарики. Точно так же и атомы в эксперименте сталкиваются строго по линии вдоль своего направления и не рассеивают импульс, а лишь обмениваются им, передавая движение дальше.
В обычной материи энергия бы постепенно распределилась между частицами, и система пришла бы к равновесию — по есть потеряла бы «начальную память». В квантовом газе этого не происходит: поток не тормозится и не затухает. По словам ученых, такие опыты помогают понять, почему в реальных материалах возникает сопротивление и возможно ли управлять им на квантовом уровне. Авторы работы надеются, что изучение подобных идеальных систем однажды приблизит человечество к созданию новых сверхпроводников и квантовых технологий без потерь.
Ранее физикам впервые удалось напрямую наблюдать в графене эффект Флоке — особое квантовое явление, возникающее, когда на материал воздействуют сверхкороткие световые импульсы.
