Квантовое предсказание из 1931 года только что ожило
Ученые создали и непосредственно наблюдали «струны Бете» — необычные связанные квантовые состояния — в ультрахолодном газе цезия почти через сто лет после их предсказания
Короткое резюме
Почти через сто лет после того, как физик Ханс Бете предсказал существование необычных квантовых состояний, ученые создали и непосредственно наблюдали «струны Бете» в ультрахолодном газе. Исследователи охладили атомы цезия почти до абсолютного нуля, поместили их в тысячи одномерных трубок и заставили группы атомов связываться без обычных химических связей. Такие кластеры могли содержать шесть и более частиц и даже сталкиваться друг с другом, не распадаясь.
В 1931 году Ханс Бете предложил, что частицы в некоторых квантовых системах, ограниченных одним измерением, могут объединяться в коллективные состояния, которые теперь называют струнами Бете. Они принципиально отличаются от молекул: частицы удерживаются не химическими связями, а взаимодействиями друг с другом, и такие состояния могут существовать только в одном измерении. На протяжении почти века струны Бете оставались в основном теоретической идеей. Теперь исследователи из Университета Инсбрука совместно с теоретическими группами из Амстердамского университета и Технического университета Мюнхена создали и обнаружили эти многочастичные связанные состояния; результаты опубликованы в «Природа: коммуникации».
Чтобы доказать, что частицы действительно связаны, ученые позволили струнам расширяться внутри одномерных трубок: во время расширения они сталкивались, но связанные структуры выживали. Затем ограничение убрали и дали атомам свободно расширяться в трехмерном пространстве. Поскольку струны Бете могут существовать только в одном измерении, в трех измерениях связанные состояния распадались, а энергия связи превращалась в движение, из-за чего атомы разлетались быстрее. Сравнение двух типов расширения дало способ идентифицировать струны Бете. Ранее их экспериментально обнаруживали в твердотельных магнитных системах; новая работа переносит эти состояния в ультрахолодный атомный газ, где можно точно управлять геометрией, плотностью и взаимодействиями, открывая новые возможности для изучения формирования и взаимодействия коллективных квантовых объектов.
Создание и наблюдение струн Бете
Почти через 100 лет после предсказания 1931 года струны Бете созданы и напрямую наблюдались в ультрахолодном газе
Связывание без химических связей
Группы атомов удерживаются взаимодействиями, а не обычными химическими связями; состояния существуют только в одном измерении и могут включать шесть и более частиц
Коллизионная устойчивость
В одномерных трубках струны сталкивались при расширении и не распадались
Разрушение в трех измерениях как метод идентификации
При свободном расширении в 3D связанные состояния распадались, а энергия связи переходила в движение; сравнение расширений позволило подтвердить присутствие струн Бете
Текст сгенерирован с использованием ИИ
