Физики впервые создали и исследовали предсказанные Бете одномерные струны

Физики впервые создали и наблюдали необычные квантовые структуры, известные как «струны Бете», используя ультрахолодные атомы. Их существование было предсказано лауреатом Нобелевской премии Хансом Бете в 1931 году. Эксперимент, который возглавил квантовый физик Ханнс-Кристоф Нэгерль, был проведён исследователями Университета Инсбрука в сотрудничестве с теоретиками из Амстердамского университета и Мюнхенского технического университета, а результаты были опубликованы в журнале Nature Communications. Об этом рассказывает Science XXI.

В ходе эксперимента облако атомов цезия охладили до температуры, чуть выше абсолютного нуля, всего на несколько миллиардных долей градуса. Затем его разделили на несколько тысяч очень узких трубок. Внутри каждой из них атомы могли двигаться практически только в одном направлении, что создало необходимую одномерную среду для струн Бете.

Учёные варьировали силу взаимодействия между атомами, заменяя отталкивание на притяжение. В результате частицы объединялись в связанные состояния разного размера, включая кластеры с шестью и более атомами. В отличие от обычных молекул, такие структуры удерживаются не химическими связями, а взаимодействием частиц и могут существовать только в одном измерении.

Чтобы проверить устойчивость образовавшихся состояний, исследователи позволили атомам расширяться внутри трубок. Струны сталкивались друг с другом, но не разрушались. «Это замечательное свойство струн: они могут сталкиваться, не распадаясь», — отметила одна из ведущих авторов работы Милена Хорват.

Затем ограничение было снято, и атомы получили возможность свободно распространяться в трёхмерном пространстве. Поскольку струны Бете существуют только в одном измерении, связанные состояния распались, а энергия, удерживавшая частицы вместе, перешла в движение и ускорила их разлёт. Сравнение двух вариантов расширения позволило обнаружить струны: у несвязанных атомов энергия в обоих случаях была почти одинаковой, тогда как при наличии струн трёхмерное расширение сопровождалось дополнительным выбросом энергии.

«Теперь мы можем создавать их в лаборатории, управлять ими, заставлять сталкиваться и исследовать их удивительную устойчивость при столкновениях», — добавил другой ведущий автор Судипта Дхар. Ранее струны Бете обнаруживали в твёрдотельных магнитных системах, а новый эксперимент перенёс их изучение в ультрахолодный атомный газ, где можно с высокой точностью контролировать геометрию, плотность частиц и взаимодействия. Работа была поддержана Австрийским научным фондом FWF, Европейским союзом и британским Советом по инженерным и физическим наукам; Милена Хорват участвует в докторской программе FWF «Атомы, свет и молекулы» (DK-ALM).

Больше новостей и эксклюзивных видео смотрите в канале Самара Онлайн 24 в MAX