Японские физики охладили материю до миллиардной доли абсолютного нуля

Охладить материю до рекордно низких температур в 3 миллиарда раз холоднее глубокого космоса сумели японские ученые, опубликовавшие свое исследование 3 сентября в журнале Nature Physics.

Команда физиков из Киото, возглавляемая автором эксперимента Есиро Такахаши, с помощью лазеров охладила фермионы до миллиардной доли градуса абсолютного нуля. Даже температура межгалактического пространства за счет реликтового излучения от Большого взрыва в 3 миллиарда раз выше, чем этот результат.

Фермионы — в данном случае атомы иттербия — это частицы с полуцелым спином (квантовое число спина равно N+0,5, где N — любое натуральное число) — один из двух классов частиц, из которых состоит вся материя. Вторым классом, напомним, являются бозоны — частицы с целым спином (квантовое число спина является целым).

Физики использовали столь холодные фермионы (движение которых, при такой температуре, практически останавливается), чтобы открыть портал в неизведанную область квантового магнетизма.

«Выгода от такого холода заключается в том, что физика действительно меняется», — сказал Каден Хаззард из Университета Райса, теоретик данного исследования.

По его словам, физика становится более квантово-механической, нежели квантово-релятивистской, что позволяет увидеть новые явления.

Сверххолодные атомы продолжают подчиняются законам квантовой динамики подобно электронам и фотонам, но их квантовое поведение становится легче фиксировать.

В данном эксперименте удалось зафиксировать магнитные корреляции атомов, которые невозможно рассчитать на компьютере. «Это настоящая причина для проведения этого эксперимента», — сказал Хаззард.

Соавтор исследования Эдуардо Ибарра-Гарсия-Падилья, аспирант исследовательской группы Хаззарда, сказал, что «Один из увлекательных вопросов, который могут исследовать эксперименты, — это роль симметрии». Если удасться понять это, то наука придет к созданию реальных материалов с новыми желаемыми свойствами.

По словам Хаззарда, результаты включают в себя первые наблюдения за координацией частиц в модели Хаббарда SU (математический способ описания симметрии). «Сейчас эта координация носит ближний характер, но по мере дальнейшего охлаждения частиц могут появиться более тонкие и экзотические фазы материи»

Физики уже более трети века используют лазерное охлаждение для изучения квантовых свойств ультрахолодных атомов.