Новое открытие в квантовой физике, которое переворачивает учебники

Слушайте, я только узнал кое-что невероятное из мира квантовой физики, и у меня до сих пор голова кругом.

Учёные создали так называемую «дробную ферми-поверхность» — и это настолько странно, что наши учебники, возможно, придётся переписывать.

Ферми-поверхность: порядок из хаоса

Давайте разберёмся по-простому.

Помните, как в школе говорили, что электроны летают вокруг ядра орбитами? Так вот, на квантовом уровне всё гораздо строже. Существуют частицы под названием «фермионы» (к ним относятся и электроны), которые подчиняются жёстким правилам размещения — особенно когда температура близка к абсолютному нулю.

Эти частицы выстраиваются по энергетическим уровням как люди, рассаживающиеся в театре. В одно кресло два человека не сядут. Такую идеальную организацию физики и называют «ферми-поверхностью».

Красивая, упорядоченная система. Но дальше начинается самое интересное.

Что будет, если систему «пнуть»?

Группа под руководством Ханса-Кристофа Негерля (с теоретиком Алуизе Бастианелло) решила проверить: а что если эту идеальную структуру хорошенько встряхнуть?

Они взяли ультрахолодные атомы цезия и начали циклически менять условия: то сильное отталкивание между атомами, то сильное притяжение.

Представьте себе башню из идеально сложенных блоков, которую постоянно толкают. Казалось бы — никакого порядка не останется, верно?

Вот и я так думал. И вот что случилось.

Дробная ферми-поверхность: порядок из хаоса

Никакого хаоса не произошло. Атомы выстроились заново — но уже в чём-то совершенно новом. Учёные назвали это «дробной ферми-поверхностью», потому что частицы следуют изменённой версии привычных квантовых правил.

Это по-настоящему удивительно. Как выразился один из исследователей: «Система сильно возбуждена, но она не случайна. В ней есть скрытый порядок, который проявляется в корреляциях».

Круто, да? Система в энергетически возбуждённом состоянии, далека от равновесия (то есть от стабильного, спокойного состояния), но при этом сохраняет тайную структуру.

Почему это важно

Вот что меня зацепило больше всего: мы, по сути, открыли новый тип квантового поведения, которого существующие теории не предсказывали.

Команда обнаружила особые паттерны в корреляции частиц — так называемые «осцилляции Фриделя» (похожие на волны ряби) — которые не вписываются в стандартные рамки.

Обычно для одномерных квантовых систем используют теорию томонаги-луттингеровых жидкостей. Но новая дробная ферми-поверхность в эту коробку не помещается.

Что это значит для науки

Честно? Это открывает целый новый полигон для исследователей.

Возможность создавать и изучать возбуждённые квантовые состояния с сохранением скрытого порядка — это совершенно новый инструмент. Как будто в доме, который вы считали полностью изученным, обнаружился потайной коридор.

Есть в этом что-то красивое. Даже когда мы грубо нарушаем квантовую систему, природа всё равно находит способ создать структуру. Напоминает, что Вселенная гораздо страннее и элегантнее, чем мы обычно думаем.

Сами исследователи называют это «контролируемым способом изучения квантовой материи за пределами обычных равновесных моделей» — то есть, на научном языке, «мы только начали, и нам есть над чем работать».

Буду следить за развитием. Если вам это так же интересно, как мне — вы знаете, что делать.