Международен екип от физици експериментално създаде нова, екзотична форма на квантова материя, наречена „фракционно море на Ферми“ (fractional Fermi sea). Това откритие би могло да разшири разбирането ни за поведението на материята при изключително ниски температури и да отвори нови възможности за развитието на квантовите технологии, според ScienceAlert.

Ново състояние на материята е постигнато чрез експерименти с ултрастудени цезиеви атоми, охладени само до няколко нанокелвина над абсолютната нула (-273,15°C). При такива температури квантовите ефекти започват да доминират конвенционалната физика; атомите губят своята индивидуалност и се държат като единна квантова система, образувайки така наречения Бозе-газ.

След това учените поставили приблизително 70 000 цезиеви атома в едномерни тръби, образувани от двумерна оптична решетка от лазери. След това те многократно принудили атомите да преминат от силно взаимно отблъскване към силно привличане. Именно тази циклична промяна във взаимодействията довела до появата на ново квантово състояние – фракционното море на Ферми. Резултатите от изследването са публикувани в списание Physical Review Letters.

За разлика от конвенционалното „море на Ферми“, където фермионите заемат достъпни квантови състояния в съответствие с принципа на изключване на Паули, в новата форма тези състояния могат да бъдат запълнени само частично. Изследователите отбелязват, че полученото фракционно море на Ферми има необичайни свойства. Въпреки високата енергия на системата, цикличните промени във взаимодействието не водят до хаотично движение на атомите или нагряване, а по-скоро ги подреждат.

„Вместо просто да нагрява системата, цикълът на взаимодействие реорганизира атомите в ново многочастично състояние“, каза водещият автор на изследването, физикът от Университета в Инсбрук И Зенг.

По време на изследването учените са открили и характерни Фриделови трептения – специален вид квантова вълна, която те наричат ​​ключово доказателство за съществуването на фракционно море на Ферми. Ръководителят на изследването, професор по експериментална квантова физика в университета в Инсбрук Ханс-Кристоф Негерл, отбелязва, че новото състояние на материята остава необичайно дори за самите изследователи.

„Все още не сме сигурни как да наречем тези нови квазичастици. Може би „суперфермиони“?“, предложи Негерл.

Авторите на изследването вярват, че откритието ще помогне за по-доброто разбиране на фундаменталните свойства на квантовите системи и механизмите, чрез които познатата макроскопична реалност се появява от квантовия свят. Отвъд фундаменталната наука, новият подход може да намери приложение в квантовите изчисления, високопрецизните измервания, материалознанието, биомедицината и технологиите за криптиране.

„Откриването на фракционни море на Ферми показва докъде можем да стигнем в квантовото моделиране: не само да възпроизвеждаме известни модели, но и да създаваме и изследваме състояния, които надхвърлят установените парадигми“, заключи Негерл.

В началото на пролетта на тази година учените обявиха откриването на новата субатомна частица, Xi-cc-plus. Това беше първото откритие след завършването на модернизацията на Големия адронен колайдер през 2023 г. и 80-ата частица, открита в ускорителя.