Физици наблюдаваха ново състояние на материята в нишка квантов газ.

Тънки нишки газ, способни да обвързват цели гиганти? Това звучи като нещо, излязло от приказките на братя Грим Във физиката обаче версии на тези материали обаче са теоретично възможни. На практика обаче те се разпадат в мига, в който се формират.

Учени от Станфордския университет откриха, че могат да създават подобен материал, който е достатъчно стабилен, че да не се разпадне и превърне в облак (дори под значителен натиск). Те дори идентифицираха ново състояние на материята, което до момента е било наблюдавано един-единствен път. И никога в квантов газ.

Нещо повече – квантовите свойства на този газ биха могли да намерят приложение в следващите поколения информационни технологии.

Дори името на въпросната категория материя е легендарно – супер Тонкс-Жирардо. Тя се състои от атоми, охладени до такава степен, че започват да губят усещането си за идентичност – те са ограничени до една линия на движение и са „споени“ от собствената си колективна сила.

При идеалните условия привличането между частиците в рамките на тази нишка квантов газ би трябвало да запази неговата цялост дори и под влиянието на силни външни сили. Ето защо физиците наричат този газ като „супер“.

Въпреки това в рамките на не особено идеалните лабораторни условия дори най-деликатните супергазове Тонка-Жирардо не остават стабилни особено дълго.

Ето защо физикът Бенджамин Лев от Станфордския университет, решава да провери дали газът Тонкс-Жирардо, съставен от атоми на силно магнитния елемент диспрозий, ще устои на колапса малко повече от немагнитните газове. Но резултатът надминава всички очаквания на учените.

"Магнитните взаимодействия, които успяхме да добавим, бяха много слаби в сравнение с взаимодействия, породени от привличането и присъстващи в газа. Ето защо очаквахме, че промените няма да са съществени, тъй като газът така или иначе ще бъде доведен до неизбежен колапс“, обяснява Лев. "Но се оказа, че грешим".

Оказва се, че супегазът Тонка-Жирардо, базиран на диспрозий, е неразрушим – независимо от всички опити от страна на учените. Нещо повече - по време на експериментите физиците забелязват и своеобразни "квантови белези". Това странно състояние на материята е нещо средно между квантов хаос и предсказуемостта на добрата стара класическа физика. Освен това описва свят, който на пръв поглед е контраинтуитивен.

Преди около четвърт век бе открито, че в квантовата система, където частиците са едновременно навсякъде и никъде и индивидуалните атоми губят идентичността си – е възможно да възникнат предсказуеми състояния.

Тези белези напомнят белезите по футболното игрище. Въпреки че играчите гонят топката във всевъзможни посоки, някои изглежда са по-предпочитани от останалите.

Проблемът в случая е как тези квантови белези се вписват в рамките на термодинамиката. Ако повишим температурата на група от частици, те просто ще започнат да отскачат по-често и ще разпределят топлинната енергия, докато всички тела не разполагат с приблизително еднакъв дял.

Квантовите белези се противопоставят на правилото за еквилибриум – тук някои състояния се оказват предпочитани, независимо какво се случва около тях.

Досега този феномен е бил забелязван един-единствен път в поредица от рубидиеви атоми, ни никога в квантов газ. Ето защо откриването на това ново състояние в охладена нишка от диспрозиеви атоми може да ни покаже как да се телата в квантовата система споделят енергия.

Факт е, че квантовите технологии са на път да преобразят нашето бъдеще. Ето защо трябва да разберем как точно можем да отстраним топлината от това ново и многообещаващо поколение компютри.

Изследването е публикувано в Science.