Когато една 93-годишна прогноза най-накрая се сбъдна

Признавам си

Квантовата физика продължава да ме смайва. И ето една история, която я прави още по-невероятна.

Случката „Я, това наистина съществува?"

Представи си 1931 г. Физикът Ханс Бете записва уравнения как частиците биха могли да се държат в изключително тесни, едноизмерни пространства. Той предсказва, че тези частици могат да образуват странни колективни състояния — нещо, което той нарича „нишки на Бете". Множество частици остават свързани не защото са залепени, а защото си взаимодействат по точно точния начин.

Почти век тези неща си останаха математическа curiosidad. Хубава идея в учебниците. Нещо, което може би съществува, но никой не го беше виждал.

Досега.

Екип от университета в Инсбрук, заедно с колеги от Амстердам и Мюнхен, публикува резултати. Те не само са създали нишки на Бете, но са ги наблюдавали в действие. Сблъсквали са ги. Карали са ги да „танцуват". Като да се срещнеш най-накрая с известна личност, за която си чел само истории.

Как се прави квантова нишка?

Тук става интересно. Учените започнали с обикновени цезиеви атоми (да, същите като в атомните часовници) и ги охладили до няколко милиардни от градуса над абсолютната нула. Ако не си запознат с тази температура — невероятно студено. Така студено, че нормалното трептене на атомите почти напълно спира.

После идва хитрото. Използвали лазерни трикове, за да нарежат облака от ултрастудени атоми на хиляди тръбички с дебелина на косъм. Във всяка тръбичка атомите могат да се движат само напред или назад — една линия. Така създали едноизмерна среда, където нишките на Бете могат да съществуват.

Като променили взаимодействията между атомите (направили ги привличащи вместо отблъскващи), изследователите видели свързани състояния да се формират. Някои били двойки, други тройки, а някои включвали шест или повече частици, танцуващи заедно.

Тестът със сблъсък

Ето какво ме убеди напълно. Екипът искал доказателство, че тези частици наистина са свързани — не просто се разминават.

Затова направили нещо красиво: пуснали нишките да се разширят и да се сблъскат.

обичам тази картина. Хиляди малки квантови нишки се блъскат една в друга, докато са хванати в едноизмерните си коридори. Какво се случило?

Оцелели. Свързаните структури останали непокътнати дори след сблъсък със съседни нишки. Това е наистина забележително, когато се замислиш — те не са твърди обекти, държани заедно от химически връзки. Това са колективни квантови състояния, а въпреки това остават кохерентни при сблъсъци.

После дошло най-хубавото. Изследователите премахнали ограничението и пуснали атомите да се разширят в пълно триизмерно пространство. Тъй като нишките на Бете могат да съществуват само в едно измерение, свързаните състояния се разпаднали. Енергията на свързване се превърнала в движение и частиците отхвръкнали с допълнителна сила. Като сравнили това разширение с ограниченото, имали ясно доказателство, че нишките на Бете са били там.

Защо да те интересува?

Сигурно си мислиш: хубав научен експеримент, но какво от това?

Ето какво. Нишките на Бете вече са били засичани в твърди магнитни материали, но тези системи са хаотични — трудно се контролират, трудно се манипулират. Новият подход с ултрастудени атоми е различен. Изследователите могат да контролират всичко: геометрията, плътността на частиците, силата на взаимодействие.

Това превръща нишките на Бете в истинска експериментална площадка. Учените вече могат да изучават как тези колективни квантови обекти се формират, как си взаимодействат, какво става като ги бутнеш по различни начини. Това е нова лаборатория за квантовата физика на много тела.

Както каза водещият изследовател Судипта Дар, сега могат да „ги създадат в лабораторията, да ги манипулират, да ги сблъскат и да проверят тяхната забележителна устойчивост при сблъсък".

По-голямата картина

Има нещо поетично удовлетворяващо в тази история. Ханс Бете, въоръжен само с химикал, хартия и невероятната си интуиция за квантовата механика, предсказал нещо през 1931 г., което технологиите на онова време не можели да проверят. Деветдесет и три години по-късно, с лазери, свръхпроводящи магнити и най-прецизно контролираната материя в съществуването, физиците превърнали математическите му създания в реалност.

Припомня ми, че физиката често работи така — първо мечтаем, после строим инструменти, за да хванем мечтите си.

Не знам за теб, но аз намирам това за доста вдъхновяващо. Вселената е по-странна и по-чудесна, отколкото можем първоначално да си представим, и бавно, внимателно, откриваме как да видим онова, което винаги е било там.