Физики из США открыли новый тип взаимодействий между светом и атомами

Физики из США открыли новый тип взаимодействий между светом и атомами

«Нефть России», 19.11.21, Москва, 17:58   Ученые обнаружили, что атомы начинают слабее рассеивать свет при охлаждении до сверхнизких температур, что связано с существованием ранее неизвестных проявлений квантовой физики во взаимодействиях атомов и частиц света. Об этом в пятницу сообщила пресс-служба Массачусетского технологического института (MIT).
 
"Нам удалось открыть ранее неизвестное проявление принципа запрета Паули, которое в данном случае мешает атомам нормально рассеивать свет. В прошлом мы не могли стать свидетелями этого феномена по той причине, что мы не могли создать столь холодное и плотное облако атомов", - заявил профессор MIT Вольфганг Кеттерле, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
 
Так называемый принцип запрета Паули является одним из краеугольных принципов квантовой механики. Он гласит, что электроны и другие частицы, которые относятся к числу так называемых фермионов, 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.
 
Профессор Кеттерле и его коллеги выяснили, что принцип запрета 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.
 
Прозрачные атомы
 
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.
 
Профессор Кеттерле и его коллеги воспользовались этим для изучения того, какими уникальными физическими свойствами обладают подобные сверхплотные облака из атомов. Проведенные ими замеры неожиданно показали, что атомы стронция-87 перестали нормально рассеивать свет, в результате чего они стали почти полностью прозрачными для фотонов.
 
Это аномальное поведение атомов, 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.