Eksperyment, który zorganizowali uczeni obejmował sterowane ultrazimne atomy, a wyciągnięte wnioski powinny mieć przełożenie na to, jak fizycy rozumieją materię w ekstremalnych warunkach. Poza tym w grę wchodzą niedostępne wcześniej możliwości rozwoju komputerów kwantowych i zaawansowanych technologii przyszłości.
Czytaj też: Czy stan kwantowy to tylko informacja? Uczeni podważają jedno z podstawowych założeń fizyki kwantowej
Badania odbywały się z wykorzystaniem około 70 tysięcy atomów cezu schłodzonych do temperatury zaledwie kilku nanokelwinów, czyli miliardowych części stopnia powyżej zera absolutnego. W takich warunkach atomy przestają zachowywać się jak oddzielne obiekty i zaczynają funkcjonować jako jeden spójny układ kwantowy. Następnie członkowie zespołu zamknęli je w jednowymiarowych strukturach utworzonych przez sieć laserów i wielokrotnie zmieniali sposób, w jaki atomy oddziaływały ze sobą: od silnego odpychania do silnego przyciągania.
W takich właśnie okolicznościach na twarzach autorów pojawiło się zdziwienie. A przynajmniej tak to sobie wyobrażam. Zamiast chaotycznego wzrostu energii, którego się spodziewali po tak intensywnym pobudzaniu układu, zauważyli, jak cząstki spontanicznie uporządkowały się w całkowicie nowy stan skupienia materii. Badacze nazwali go ułamkowym morzem Fermiego, ponieważ cząstki zaczęły zajmować stany kwantowe w sposób pośredni między zachowaniem bozonów i fermionów. Taki mechanizm wykracza poza obowiązujące modele opisujące jednowymiarowe układy kwantowe.
Co istotne, stan ten nie jest przypadkowym chaosem. Choć znajduje się daleko od stanu równowagi, posiada ukryty porządek widoczny w zależnościach pomiędzy cząstkami. Charakterystycznym sygnałem jego istnienia są oscylacje Friedela, czyli subtelne fale w rozkładzie cząstek, które stanowią jeden z najważniejszych dowodów na powstanie tej egzotycznej fazy materii. Ze względu na niezwykłe właściwości badacze zastanawiają się nawet, czy nie należałoby opisać tworzących ją quasi-cząstek nowym terminem, roboczo określanym jako superfermiony.
Czytaj też: Grafen z ołówka zaczął robić rzeczy, których fizycy nie potrafią jeszcze wyjaśnić
Co ten przełom może nam dać w praktyce? Kontrolowane tworzenie nowych stanów materii powinno pozwolić testować zjawiska, których nie da się badać w naturalnych warunkach. Może to doprowadzić do projektowania stabilniejszych układów kwantowych wykorzystywanych w komputerach kwantowych, precyzyjnych czujnikach czy systemach szyfrowania nowej generacji. Lepsze zrozumienie zachowania materii na poziomie kwantowym może również przyczynić się do opracowania nowych materiałów o właściwościach niedostępnych dla współczesnej technologii.
Źródło: Physical Review Letters
