Изучаемый квантовый эффект происходит в газах, состоящих из частиц типа фермионов (частицы с полуцелым спином). Они подчиняются правилу, называемому принципом исключения Паули, согласно которому два или более идентичных фермиона не могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии в квантовой системе.
«Правило отвечает за то, почему вы, например, не падаете сквозь пол, — передает New Scientist слова Брайана ДеМарко, ученого из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн. — Эта та часть физики, которую очень трудно наблюдать, но она находится повсюду вокруг нас и помогает определить структуру и стабильность материи».
Блокировка Паули происходит, когда фермионы в газе «упаковываются» так близко друг к другу, что все доступные квантовые состояния заполняются в форме материи, называемой морем Ферми. В этом случае сами частицы не могут двигаться, но свет, который поглощается частицами или отражается от них, будет передавать импульс и «проходить насквозь» без взаимодействия с газом.
По словам ученых, само явление очень простое и теоретически было объяснено 30 лет назад. Но увидеть его чертовски сложно. Для этого сначала нужно создать экстремальные условия — высокую плотность и сверхнизкие температуры. Получить и то и другое одновременно нелегко.
Как проходили эксперименты
Участвовали три группы ученых. Они экспериментировали с атомами, захваченными в магнитные ловушки, а затем охлажденными до уровня, близкого к абсолютному нулю. Результаты всех трех экспериментов соответствовали друг другу.
Открытие может помочь исследователям изучать атомы в высокоэнергетических или возбужденных состояниях, которые имеют тенденцию быстро распадаться. «Представьте, что я беру атом в возбужденном состоянии и помещаю его в море атомов Ферми. Когда он пытается вернуться в привычное состояние, сталкивается с трудностями, благодаря чему общее время существования в возбужденном состоянии искусственно увеличивается», — говорит Кристиан Саннер, специалист исследовательского института JILA в Колорадо.
Наблюдаемое явление также может быть полезно в квантовых компьютерах. Это связано с тем, что атомы, используемые в некоторых устройствах, могут быть чрезвычайно чувствительны к падающему свету, а подготовка частей компьютеров в море Ферми может снизить эту чувствительность и помочь им дольше поддерживать свои квантовые состояния, повышая стабильность машин. Подробнее о том, как работают квантовые компьютеры, читайте здесь.
Посмотрите на самые лучшие гаджеты, технологии и изобретения 2021 года по версии Time:
Для работы с самыми маленькими объектами:
Это тоже интересно:
