Учёные из США впервые получили изображения свободных атомов, перемещающихся без ограничений. Этот прорыв позволил исследователям наблюдать давно предсказанные квантовые явления, которые ранее были недоступны для прямого изучения.
Новая методика, разработанная специалистами из Массачусетского технологического института (MIT), включает использование микроскопической системы с лазерным охлаждением. Сначала атомы помещаются в контролируемое облако, где они свободно движутся, а затем лазерный свет "замораживает" их, позволяя сделать снимок.
"Теперь мы можем видеть отдельные атомы в этих удивительных облаках и наблюдать, как они взаимодействуют друг с другом. Это потрясающе", — говорит физик Мартин Цвирляйн из MIT.
Благодаря этой технологии учёные смогли изучить редкие квантовые состояния, такие как конденсат Бозе-Эйнштейна (состояние, в котором бозоны и фермионы образуют пары), а также зафиксировать "волну де Бройля" — явление, при котором бозоны собираются вместе. До сих пор подобные процессы исследовались лишь теоретически или косвенно. Теперь же учёные могут анализировать их на уровне отдельных атомов, что открывает новые возможности для изучения квантовой физики.
"Предыдущие методы позволяли увидеть лишь общую форму атомного облака, но не отдельные частицы. Это как наблюдать облако в небе, не различая молекулы воды, из которых оно состоит", — объясняет Цвирляйн.
Размер атомов составляет всего десятую часть нанометра, что делает их визуализацию крайне сложной задачей. Однако новая технология доказала свою эффективность, и теперь исследователи планируют применить её для изучения других редких квантовых явлений, включая эффект Холла в квантовых системах.
"Когда видишь такие снимки, понимаешь, что перед тобой — реальный физический объект, существование которого раньше подтверждалось лишь математически", — отмечает физик MIT Ричард Флетчер.