Вы можете смотреть прямо через плотное облако квантового газа, если оно достаточно холодное. Впервые исследователи обнаружили явление, известное как блокировка Паули, которое вызвано теми же силами, которые придают атомам их структуру.
Как отмечает Амита Деб, член одной из трех команд, которые теперь независимо видели этот феномен, “это был теоретический прогноз более трех десятилетий”. Впервые “Эксперименты показали, что это правда”.
Блокирование Паули происходит в газах, содержащих фермионы, которые являются протонами, нейтронами и электронами, составляющими все атомы. Чтобы избежать того, чтобы два идентичных фермиона занимали одно и то же квантовое состояние, эти атомы должны соблюдать ограничение, известное как принцип исключения Паули.
Исследователь Университета Иллинойса, который не был ни в одной из трех команд, обнаруживших аномалию, утверждает, что “одно и то же явление отвечает за то, почему вы не проваливаетесь сквозь пол”. Это трудно обнаружить, но эта физика влияет на все во Вселенной и имеет важное значение для определения структуры и стабильности всего.
В газе блокировка Паули происходит, когда все доступные квантовые состояния заполняются типом материи, называемым морем Ферми. Это означает, что свет не может передавать импульс частицам, потому что они не могут двигаться. По причинам передачи импульса свет, который поглощается или отражается от частиц, должен проходить прямо, не взаимодействуя с газом.
“Это довольно простое явление, но это своего рода дьявол”, — говорит Яир Маргалит из MIT, член одной из трех команд. Для того, чтобы увидеть его, требуются высокие плотности и чрезвычайно низкие температуры; трудно получить оба из них одновременно.
Атомы, захваченные в магнитных ловушках, были охлаждены почти до абсолютного нуля во всех трех исследованиях. Используя другой атом в каждом эксперименте, все они пришли к одному и тому же выводу: рассеяние света отходящими газами значительно уменьшалось, когда они были холодными и достаточно плотными, чтобы создать море Ферми.
Фантастическая вещь этих трех исследований заключается в том, что все они вышли одновременно и атакуют тему с трех разных сторон. Во всех трех случаях результаты были согласованы.
Чтобы лучше понять атомы в высокоэнергетических состояниях, ученые могут извлечь выгоду из этого открытия. Давайте представим себе море атомов Ферми, заполненное возбужденным атомом откуда-то еще.
“Ему некуда идти, когда он пытается спуститься из возбужденного состояния, поэтому долговечность этого состояния искусственно продлевается”, — объясняет Кристиан Саннер, член одной из команд в исследовательском институте JILA в Колорадо.
По мнению исследователей, квантовые компьютеры также могут извлечь выгоду из этого явления. Эти атомы могут быть чувствительны к входящему свету, и подготовка компьютерных частей для моря Ферми может уменьшить эту чувствительность и повысить стабильность машин, помогая им сохранять свои квантовые состояния в течение длительных периодов времени.
