Физики создали идеальный проводник из сверххолодных атомов, где столкновения не тормозят, а ускоряют поток.
В январе 2026 года команда учёных из Венского технического университета (TU Wien) совершила настоящий прорыв в квантовой физике: им удалось создать систему, в которой энергия и масса перемещаются с абсолютной эффективностью, без малейшего сопротивления, несмотря на миллиарды столкновений между частицами. В сверххолодном газе из атомов рубидия, запертых в одномерной «трубке», движение не рассеивается, как тепло в обычном металле, а передаётся идеально чисто — словно в бесконечной маятниковой колыбели Ньютона. Это открытие, опубликованное в журнале Science (DOI: 10.1126/science.ads8327), демонстрирует редчайший тип транспорта, который нарушает привычные правила сопротивления и открывает дверь к пониманию, как в квантовом мире может возникать — или полностью исчезать — трение.
Два мира транспорта: от пули до дыма
В обычной физике транспорт — это то, как что-то перемещается из точки А в точку Б. Электрический ток в проводе, тепло в металле, аромат кофе по комнате — всё подчиняется двум фундаментальным режимам.
Первый называется баллистическим. Представьте пулю, летящую по прямой: удвойте время — и она пролетит вдвое дальше. Никаких помех, чистая инерция.
Второй режим — диффузный. Это классика повседневности: тепло от горячей кружки распространяется в холодной комнате, молекулы духов рассеиваются по воздуху. Здесь всё построено на случайных столкновениях. Удвойте расстояние — и потребуется вчетверо больше времени, потому что энергия постоянно рассеивается.
«Диффузный транспорт нелинеен, — объясняет Фредерик Мёллер из Атомного института TU Wien. — Чтобы пройти вдвое дальше, нужно в четыре раза больше времени».
В обычных материалах чисто баллистический транспорт возможен только на очень коротких расстояниях или при сверхнизких температурах. Везде правит диффузия, рождающая сопротивление, джоулево тепло и потери.
Но венские физики нашли третью реальность — нечто среднее и одновременно радикально иное.
Как создать идеальный квантовый проводник
Команда под руководством Йорга Шмидмайера и Фредерика Мёллера охладила тысячи атомов рубидия до температур, всего на миллиардные доли градуса выше абсолютного нуля. Затем с помощью комбинации магнитных и оптических полей они заперли атомы в узкой «трубке» — фактически в одномерном мире, где движение возможно только вдоль одной прямой линии.
В такой конфигурации атомы не могут разлетаться в стороны, как в трёхмерном газе. Они сталкиваются исключительно «лоб в лоб», обмениваясь импульсами.
«Атомы могут сталкиваться только в одном направлении, — рассказывает Мёллер. — Их импульсы не рассеиваются, а просто передаются от одного атома к другому. Каждый импульс сохраняется — его можно только передать дальше, но никогда потерять».
Это и есть квантовая версия маятниковой колыбели Ньютона: поднимите один шарик — и через всю цепочку импульс передастся идеально, последний шарик взлетит с той же энергией, а промежуточные почти не шелохнутся.
В эксперименте учёные наблюдали именно это: поток массы и энергии распространялся без малейшего затухания, даже после миллиардов столкновений. Диффузия оказалась практически полностью подавлена.
«Газ ведёт себя как идеальный проводник, — говорит Мёллер. — Несмотря на бесчисленные столкновения, масса и энергия текут свободно, не рассеиваясь по системе».
Почему это нарушает привычные правила
В обычном проводнике электроны постоянно сталкиваются с ионами решётки, теряя энергию в виде тепла. Это и есть электрическое сопротивление. В сверхпроводниках при сверхнизких температурах сопротивление исчезает — но только для электрического тока, и механизм там совершенно иной (куперовские пары).
Здесь же мы видим нечто уникальное: гидродинамический сверхтекучий транспорт в обычном (не сверхтекучем) газе, но в строго одномерной геометрии. Импульс не теряется, а передаётся идеально, как в бесконечной цепочке бильярдных шаров.
Это объясняет, почему такая атомная система никогда не приходит в термодинамическое равновесие — не термализируется. В обычном газе энергия быстро распределяется равномерно по всем степеням свободы. Здесь же энергия движения вдоль линии сохраняется практически вечно.
Экспериментальная установка: как поймать атомы в одномерный мир
Для создания такого состояния использовалась классическая технология атомных ловушек:
- Лазерное охлаждение до микрокельвинов
- Магнитная ловушка для удержания атомов
- Оптические потенциалы (лазерные «стенки»), формирующие узкий канал шириной в несколько микрон
В таком канале атомы ведут себя как в настоящей одномерной системе — боковые степени свободы полностью заморожены.
Затем учёные создавали начальное неравновесие (например, смещая часть атомов в одну сторону) и наблюдали, как распространяется импульс. Результаты измерялись с помощью высокоточной флуоресцентной визуализации и анализа атомного тока.
«Мы измеряли веса Друде — квантовые аналоги классических проводимостей, — рассказывает Мёллер. — И увидели, что транспорт остаётся баллистическим на макроскопических временах».
Теоретическая основа: от Томонага-Латтинджера к реальности
Это поведение предсказывалось теоретически ещё в 1960-х годах для так называемых жидкостей Томонага-Латтинджера — одномерных квантовых систем с сильным взаимодействием. Но экспериментально чистый режим удалось реализовать только сейчас.
В таких системах возбуждения разделяются на независимые моды — спиновые и зарядовые волны, которые распространяются с разными скоростями, но без затухания.
Открытие венских физиков — первое прямое экспериментальное подтверждение идеального транспорта в интерактивной одномерной квантовой системе при реалистичных условиях.
Что это значит для будущего
- Новые квантовые технологии
Понимание, как полностью подавлять сопротивление в квантовых системах, может привести к созданию идеальных квантовых проводов — важнейшему элементу для квантовых компьютеров и сенсоров. - Фундаментальная физика
Эксперимент даёт уникальную платформу для изучения, как возникает (или не возникает) термализация в квантовых системах — одной из самых горячих тем современной теоретической физики. - Материалы будущего
Хотя одномерные системы пока лабораторные, принципы могут быть перенесены на наноструктуры — углеродные нанотрубки, квантовые провода из полупроводников, где подобный транспорт уже частично наблюдается. - Космические аналогии
В нейтронных звёздах и кварк-глюонной плазме тоже наблюдается сверхтекучесть. Новые результаты помогают понять, как в экстремальных условиях природа подавляет вязкость.
Заключение: когда столкновения не мешают, а помогают
Венские физики создали систему, в которой миллиарды столкновений не создают хаос, а поддерживают идеальный порядок. Импульс передаётся как эстафетная палочка — без потерь, без рассеяния, бесконечно.
Это не просто красивый лабораторный трюк. Это прямое окно в мир, где привычные нам законы сопротивления и тепловых потерь просто перестают работать. Мир, где движение может быть вечным.
Именно такие открытия напоминают нам, что квантовая физика до сих пор полна сюрпризов — даже в самых, казалось бы, простых вопросах: как частицы передают энергию друг другу.