В последние годы физики достигли больших успехов в управлении холодными атомами, пойманными в магнито-оптические ловушки. Таким образом удаётся удерживать как атомы-бозоны — и наблюдать в них явление конденсации Бозе — Эйнштейна, так и атомы-фермионы. Более того, в целом ряде экспериментов в ловушку помещались атомы обоих типов — таким образом, например, можно исследовать некоторые механизмы возникновения сверхпроводимости в реальных веществах.
Однако в предыдущих экспериментах массы удерживаемых атомов всегда были близки друг к другу. В новой же работе учёные впервые изучили систему, состоящую из очень тяжёлых бозонов — атомов цезия-133 — и очень лёгких фермионов — атомов лития-6. И подбором параметров нашли состояние, в котором бозонный газ неожиданно значительно уменьшил скорость ухода атомов-фермионов, став для них своеобразной ловушкой.
Смесь бозе- и ферми-частиц часто используются для того, чтобы охлаждать ферми-газы, поскольку бозоны охладить значительно проще. При достаточно низких температурах бозоны переходят в особое состояние, которое называется бозе-конденсатом. В этом состоянии все бозе-атомы ведут себя когерентно, представляя в некотором смысле единый объект. Ферми-частицы при низких температурах образуют так называемый вырожденный ферми-газ, в котором атомы распределяют по самым низким доступным уровням энергии, но при этом — в силу запрета Паули — один атом занимает только один уровень.
В смеси тяжёлых бозе-частиц и лёгких ферми-частиц учёные надеялись обнаружить экзотические квазичастицы, не наблюдавшиеся в других системах. Чтобы приготовить такую смесь, они охладили каждый из газов в отдельности, а затем наложением магнитного поля заставили их взаимодействовать между собой.
В результате около 100 атомов лития оказались захвачены в центре облака цезия. Эта бозонная ловушка продолжала действовать даже когда исследователи увеличили силу взаимодействия между бозе- и ферми-частицами — что противоречит теоретическим представлениям, согласно которым такая смесь должна была бы стать неустойчивой.
Чтобы объяснить наблюдаемое явление, учёные предложили учесть в теории потери, которые мешают плотности облака достичь критического для развития неустойчивости уровня. Результаты работы были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Читайте также
Учёные утверждают, что впервые измерили квантовые флуктуации напрямую
Как измерить рассеяние на квантовом вакууме?
Физики подтвердили существование «неклассических» траекторий в эксперименте с тремя щелями
Подписывайтесь также на мой телеграм-канал!
