В середине 1920-х годов два выдающихся физика, Сатьендра Нат Бозе и Альберт Эйнштейн, выдвинули теорию о существовании необычного квантового состояния материи, позже названного в их честь — конденсат Бозе-Эйнштейна (БЭК). Эти ученые предположили, что при охлаждении частиц до ультранизких температур, близких к абсолютному нулю, и при низкой плотности, они объединятся в одно неразличимое целое.
Перенесемся на 70 лет вперед: ученые из Университета Колорадо в Боулдере подтвердили теорию Эйнштейна и Бозе. С тех пор БЭК стал важным инструментом для изучения квантовых свойств атомов, что привело к множеству достижений, таких как охлаждение частиц и создание двухатомных молекул, все больше расширяя наше понимание фундаментальной физики Вселенной.
Теперь физики из Колумбийского университета совместно с Университетом Радбауд в Нидерландах сделали следующий шаг, создав натриево-цезиевый конденсат с температурой всего в пять наноКельвинов выше абсолютного нуля. Важно отметить, что этот БЭК является диполярным, имея как положительный, так и отрицательный заряд. В пресс-релизе команда объяснила, что использовала ранее проверенную методику, основанную на микроволнах, для преодоления "порога БЭК". Результаты исследования были опубликованы на этой неделе в журнале Nature.
Управляя этими диполярными взаимодействиями, мы надеемся создать новые квантовые состояния и фазы материи.
Хотя микроволны обычно ассоциируются с нагревом, соавтор исследования Тийс Карман из Университета Радбауд предложил, что они могут действовать как щиты, защищая молекулы от потерь при столкновениях, а горячие молекулы удаляются из образца, создавая охлаждающий эффект. Команда уже испытала микроволновую технику в 2023 году, но в новом исследовании добавлено второе микроволновое поле, что оказалось более эффективным для создания желаемого БЭК.
Мы хорошо понимаем взаимодействия в этой системе, что критически важно для дальнейших шагов, таких как изучение диполярной физики многих тел. Мы разработали схемы управления взаимодействиями, проверили их теоретически и реализовали в эксперименте. Это был потрясающий опыт — видеть, как идеи по "защите от микроволнового излучения" реализуются в лаборатории.
По словам авторов статьи, создание этого диполярного БЭК открывает новые возможности для создания других форм экзотической материи, таких как экзотические диполярные капли, самоорганизующиеся кристаллические фазы и диполярные спиновые жидкости в оптических решетках. Это лишь некоторые из многочисленных потенциальных приложений нового БЭК. Джун Йе, ученый из Калифорнийского университета в Боулдере, отметил, что точный контроль квантовых взаимодействий, достигнутый в этом эксперименте, может значительно повлиять на квантовую химию.
Это малоизвестное пятое состояние материи продолжает удивлять нас, более века спустя после его открытия, открывая новые горизонты в физике.