Конденсаты Бозе-Эйнштейна являются идеальной платформой для изучения динамических явлений, возникающих в пределе многих тел. Облако отдельных атомов в этом состоянии коллективно ведет себя как единая жидкость. Эта квантовая жидкость может течь без сопротивления – она сверхтекучая.
В ультрахолодных атомных облаках одновременно могут существовать две сверхтекучие жидкости. До сих пор их сосуществование не удалось наблюдать экспериментально. Однако теперь физики из Гейдельбергский университет продемонстрировали такую магнитную квантовую жидкость – она является жидкостью в двух отношениях – в атомный газ.
Маркус Оберталер, исследователь из Института физики Кирхгофа, объясняет: «В последние десятилетия атомные конденсаты Бозе-Эйнштейна создавались из самых разных типов атомов, таких как натрий и рубидий, но в последнее время также из более «экзотических» атомов, таких как эрбий и диспрозий».
«Большинство этих атомов также обладают внутренними степенями свободы — они имеют вращение и ведут себя как маленькие магниты. В принципе, это также может привести к возникновению явления Конденсация Бозе-Эйнштейна, но экспериментально это пока не наблюдалось. Эта демонстрация теперь возможна с помощью ультрахолодного облака атомов рубидия».
Для приготовления конденсата Бозе-Эйнштейна обычно используется метод, называемый испарительным охлаждением. Эта работа аналогична охлаждению кофе в чашке путем обдува его.
Самые быстрые атомы на поверхности кофе уносятся ветром, и приходится ждать, пока оставшиеся атомы остановятся при более низкой температуре. Для вращения это крайне сложно, поэтому гейдельбергские физики выбрали другой метод.
Доктор Максимилиан Прюфер сказал: «Мы инициализировали систему вдали от равновесия и ждали, пока атомы рубидия не достигнут нового состояния равновесия. То, что на первый взгляд казалось менее интуитивным, оказалось чрезвычайно эффективным».
Ученые использовали специальные методы обнаружения и возмущения, созданные специально для создания и отслеживания этого состояния. Они заметили, что вращение также стало сверхтекучим вместе со степенью свободы движения. Таким образом, есть два способа, которыми магнитные квантовые жидкости могут стать чрезвычайно жидкими.
Маркус Оберталер, руководитель исследовательской группы «Синтетические квантовые системы», которая также входит в кластер передового опыта «СТРУКТУРЫ» Гейдельбергского университета: — сказал, «Наши новые методы исследования позволяют нам не только охарактеризовать конденсат, но и лучше понять путь от неравновесия к этому состоянию».
Справочник журнала:
- Прюфер М., Шпитц Д., Ланниг С. и др. Конденсация и термализация легкоплоского ферромагнетика в спинорном бозе-газе. Туземный Phys. (2022). ДОИ: 10.1038/s41567-022-01779-6
