Физики из Инсбрукского университета совместно с теоретиком Альвисом Бастьянелло из CNRS и Университета Париж-Дофин открыли новое экзотическое состояние вещества — «дробное море Ферми». Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
В экспериментах использовались сверхохлажденные атомы цезия в одномерной ловушке. В нормальных условиях частицы-фермионы послойно занимают доступные энергетические уровни, образуя «море Ферми». Исследователи поставили вопрос: что произойдет, если многократно менять знак взаимодействия между атомами — от сильного отталкивания к сильному притяжению и обратно?
Выяснилось, что повторяющийся цикл не просто нагревает систему, а переводит атомы в качественно новое, высокоорганизованное состояние. Частицы начинают вести себя так, словно подчиняются правилу пониженного заполнения уровней, — отсюда «дробное» море Ферми.
«Это состояние сильно возбуждено, но не хаотично. В нем есть скрытый порядок, который проявляется в корреляционных функциях», — говорит Ханнс-Кристоф Нэгерль, руководитель экспериментальной группы.
Ведущий теоретический автор Йи Цзэн добавил: «Цикл взаимодействий перераспределяет атомы в совершенно новое многочастичное состояние. Это даёт контролируемый способ исследовать квантовую материю за пределами равновесной парадигмы».
Отличительная черта новой фазы — выраженные осцилляции Фриделя и нетипичное поведение корреляций. Эти сигнатуры указывают на принципиально новую критическую фазу, выходящую за рамки стандартной теории Томонаги — Латтинджера — основного инструмента для описания одномерных квантовых систем. Нэгерль предложил называть квазичастицы в этой фазе «суперфермионами».
Открытие расширяет возможности квантовых симуляторов: физики теперь могут не только воспроизводить известные модели, но и создавать состояния материи, недостижимые в равновесных условиях.
Ранее впервые был получен сигнал с горизонта событий черной дыры.