PRL: Физикам впервые удалось стабилизировать квантовую материю

Фото из открытых источников

В журнале PRL появилась публикация, рассказавшая о новом достижении физиков. Впервые им удалось создать и зафиксировать стабильные яркие солитоны материи с притягивающим взаимодействием внутри оптической решетки, являющейся периодической структурой из лазерного света.

Квантовому миру присуще поведение атомов как волн, которые со временем «расплываются» в пространстве. Солитоны являются редким исключением: это волновые пакеты, сохраняющие форму и не подверженные рассеиванию благодаря тонкому балансу взаимодействий. Раньше подобные структуры получали в свободном пространстве, но внутри периодических световых структур их стабилизация была невозможна. Теперь ученые выполнили эту сверхзадачу за счет притяжения между атомами.

Эксперимент провели на облаке атомов цезия, охлаждённых практически до абсолютного нуля, в состоянии бозе–эйнштейновского конденсата. Атомы были помещены в оптическую решетку, которая сформирована пересекающимися лазерными лучами, и в итоге создает регулярный «кристалл» из световых ловушек. При помощи магнитных полей исследователям удалось точно настроить притягивающее взаимодействие между атомами и добиться устойчивого состояния. Слишком слабое притяжение приводило к распаду солитонов, а чересчур сильное вызывало коллапсирование системы.

Для проверки своей гипотезы физики применили так называемую «аккордеонную» решетку, это лазерная структура с регулируемым расстоянием между узлами. Они поступательно увеличивали шаг решетки, отслеживая поведение атомов косвенным способом, через пропуск через систему резонансного лазерного света и анализ его поглощения. Что позволило выявить возникновение в системе устойчивых солитонных кластеров.

Были найдены два вида состояний: в одном атомы были сконцентрированы в одной ячейке решетки, а в другом занимали несколько узлов, но оставались при этом единым объектом. Данные структуры сохраняли устойчивость до полсекунды, что очень долго по меркам квантовых экспериментов.

Авторы работы отмечают, что в будущем новые данные помогут в создании более устойчивых квантовых сенсоров и методов переноса квантовой информации без утраты ее свойств.