Физики нашли свидетельства кластеров атомов, предсказанных теорией Бете — Live Science
Физики получили косвенные свидетельства существования так называемых струн Бете — кластеров взаимодействующих ультрахолодных атомов, расположенных в одну линию. Исследование, результаты которого 29 августа были опубликованы в журнале Nature Communications, указывает, что в эксперименте могли одновременно образовываться кластеры разного размера, в том числе состоящие более чем из шести атомов.
Как сообщает Live Science, математическое описание таких состояний берет начало в работе немецкого физика Ганса Бете 1931 года. Исследуя цепочку электронов, он установил, что несколько перевернутых спинов могут связываться и двигаться как единое целое. Позднее этот подход применили и к более крупным частицам, в частности атомам: согласно теории, при взаимном притяжении они способны формировать кластеры.
Атомы в одномерных трубках
Исследователи охладили десятки тысяч атомов цезия до состояния бозе-эйнштейновского конденсата, в котором частицы находятся в общем квантовом состоянии. Лазерными лучами конденсат разделили на тысячи тонких трубок, каждая из которых содержала до нескольких десятков атомов, выстроенных в линию.
Сначала атомы отталкивались друг от друга. Затем ученые с помощью магнитного поля постепенно уменьшили это отталкивание до нуля и превратили его в притяжение. В одномерном пространстве атомы не могут обойти друг друга, что позволяет избежать быстрого коллапса газа, характерного для трехмерной среды.
Больше актуальных новостей — в Telegram-канале UA.News Telegram.
Косвенный способ измерения
Непосредственно увидеть струны Бете команда не могла. Вместо этого она сравнила расширение атомного облака после высвобождения частиц. Когда атомы могли двигаться только вдоль трубок, кластеры должны были оставаться целыми. После высвобождения в трехмерное пространство они распадались, превращая энергию связи в движение.
Трехмерные облака расширялись с примерно втрое большей энергией, чем одномерные. На этом основании исследователи оценили прочность связи между атомами. Измерения также согласовались с предсказаниями обобщенной гидродинамики, которая описывает такой газ как смесь частиц разных типов и кластеров разного размера. Соавтор работы, физик-экспериментатор Университета Инсбрука Ханнс-Кристоф Негерль подчеркнул, что соответствие теории данным является свидетельством, но не окончательным доказательством существования этих состояний.
Струны, вероятно, существуют недолго: со временем атомы цезия образуют обычные молекулы. В самых холодных сериях эксперимента команда потеряла около 40% атомов. Среди возможных способов более прямого изучения таких состояний ученые рассматривают защиту ультрахолодных молекул микроволнами и квантовую газовую микроскопию, которая позволяет наблюдать атомы по одному.
