Конденсати Бозе-Ейнштейна є ідеальною платформою для дослідження динамічних явищ, що виникають у межах багатьох тіл. Хмара окремих атомів у цьому стані разом поводиться як єдина рідина. Ця квантова рідина може текти без опору – вона надплинна.
В ультрахолодних атомних хмарах можуть одночасно існувати дві надтекучі рідини. Досі експериментально спостерігати їх співіснування не вдавалося. Тепер же фізики с Гейдельберзький університет продемонстрували таку магнітну квантову рідину – вона текуча двома способами – у атомний газ.
Маркус Оберталер, науковий співробітник Інституту фізики Кірхгофа, пояснює: «В останні десятиліття атомні конденсати Бозе-Ейнштейна були створені з дуже різних типів атомів, таких як натрій і рубідій, але останнім часом також з більш «екзотичних» атомів, таких як ербій і диспрозій».
«Більшість цих атомів також демонструють внутрішні ступені свободи — вони обертаються і поводяться як маленькі магніти. Це, в принципі, також може призвести до явища Бозе-ейнштейнівська конденсація, але експериментально це ще не спостерігалося. Ця демонстрація тепер можлива з ультрахолодною хмарою атомів рубідію».
Метод, званий випарним охолодженням, зазвичай використовується для приготування конденсату Бозе-Ейнштейна. Ця робота схожа на охолодження кави в чашці шляхом обдуву.
Найшвидші атоми на поверхні кави здуваються, і потрібно чекати, поки інші атоми заспокояться при більш низькій температурі. Це надзвичайно складно для обертання, тому гейдельберзькі фізики обрали інший метод.
Доктор Максиміліан Прюфер сказав: «Ми ініціалізували систему далеко від рівноваги і чекали, поки атоми рубідію досягнуть нового стану рівноваги. Те, що спочатку здавалося менш інтуїтивним, виявилося надзвичайно ефективним».
Вчені використовували спеціальні методи виявлення та збурення, створені саме для створення та відстеження цього стану. Вони помітили, що обертання також стало надплинним разом із ступенем свободи руху. Таким чином, магнітні квантові рідини можуть стати надзвичайно текучими двома способами.
Маркус Оберталер, керівник дослідницької групи «Синтетичні квантові системи», яка також є частиною кластера досконалості STRUCTURES Гейдельберзького університету, сказав, «Наші нові методи дослідження дозволяють нам не тільки охарактеризувати конденсат, але також дозволять нам краще зрозуміти шлях від нерівноважного до цього стану».
Довідка з журналу:
- Prüfer, M., Spitz, D., Lannig, S. та ін. Конденсація та термалізація легкоплощинного феромагнетика в спінорному бозе-газі. Нац. фіз. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01779-6
