Таким неизвестным ранее образом проявляется принцип запрета Паули
Ученые обнаружили, что при охлаждении до сверхнизких температур атомы начинают слабее рассеивать свет, что связано с ранее неизвестными проявлениями квантовой физики во взаимодействиях атомов и частиц света. Результаты исследования опубликовал научный журнал Science.
"Мы обнаружили ранее неизвестное проявление принципа запрета Паули, которое в данном случае мешает атомам нормально рассеивать свет. Ранее мы не могли зафиксировать это явление, поскольку мы не могли создать столь холодное и плотное облако атомов", – рассказал один из авторов исследования, профессор Массачусетского технологического института (MIT) Вольфганг Кеттерле.
Принцип запрета Паули – это один из краеугольных принципов квантовой механики. Он гласит, что электроны и другие фермионы не могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии. Это свойство фермионов объясняет существование нейтронных звезд и массы других объектов и физических явлений.
Кеттерле и его коллеги выяснили, что запрет Паули действует не только на электроны, но и более крупные структуры, в том числе и атомы. Они пришли к такому выводу в ходе экспериментов с новой холодильной установкой, которая была недавно разработана в MIT для охлаждения молекул и атомов до рекордно малых температур.
Создание этой установки, как отмечает Кеттерле, натолкнуло его на мысль, что она позволит охладить атомы до такой температуры, при которой они полностью прекратят случайные движения. В теории, это позволит настолько плотно разместить их рядом друг с другом, что на взаимодействия атомов начнут влиять квантовые эффекты.
Руководствуясь подобными соображениями, физики сжали облако из атомов стронция-87 и охладили его до температуры, превышающей абсолютный ноль лишь на 20 микрокельвинов. В результате этого скопление атомов перешло в состояние, подобное тому, как в таких условиях вело бы себя облако, состоящее из электронов или других фермионов.
Кеттерле и его коллеги воспользовались этим для изучения того, какими уникальными физическими свойствами обладают подобные сверхплотные облака из атомов. Измерения показали, что атомы стронция-87 перестали нормально рассеивать свет, в результате чего они стали почти полностью прозрачными для фотонов.
Это аномальное поведение, по словам физиков, полностью соответствует тому, как вели бы себя электроны в подобной ситуации в соответствии с принципом запрета Паули. Соответственно, подобные результаты опытов свидетельствуют о том, что данное правило квантовой механики действует не только на электроны, но и атомы. Подобное открытие, по словам физиков, имеет массу практических применений.
"Рассеивание света является большой проблемой при разработке квантовых компьютеров, так как подобным образом информация буквально "сбегает" от нас. Мы открыли возможный способ предотвращения подобных утечек, что значительно расширило наш инструментарий для управления поведением объектов микромира", - подытожил Кеттерле.
По информации https://nauka.tass.ru/nauka/12975251
Обозрение "Terra & Comp".
