Ученые из университета Калифорнии в Беркли смогли добиться самого низкого уровня энтропии в ультрахолодном квантовом газе – то есть снизить уровень «хаоса» до рекордно малых значений, использование этой техники позволит исследовать экзотические квантовые эффекты, например, d-волновую сверхпроводимость, говорится в статье, опубликованной в Nature Physics.

Ранее исследователям удавалось охладить атомы до температур лишь на миллиардные доли градуса выше абсолютного нуля, однако достижение низкой температуры не означает минимума энтропии – уровня «беспорядка» или «шума» в системе.

Группа под руководством Райана Олфа в своем эксперименте использовала атомы рубидия, которые были помещены в оптическую ловушку и охлаждены с помощью метода испарительного охлаждения до температуры около 1 нанокельвина. При таком «морозе» атомы переходят в состояние конденсата Бозе-Эйнштейна, в котором все атомы занимают один энергетический уровень и начинают вести себя, как единый квантовый объект.

Обычно в таких экспериментах конденсируется только часть газа, а часть остается в обычном состоянии. Измерения температуры проводятся по этой «обычной» составляющей.

Однако Олф и его коллеги смогли добиться перехода в квантовое состояние почти всего облака атомов ультрахолодного газа. Поэтому им пришлось изобрести новый метод измерения – с помощью магнонов, квазичастиц, соответствующих квантам колебаний магнитного поля. Ученые создавали магноны, которые разрушались при контакте с атомами, что позволяло измерять температуру и в то же время ее снизить.

В итоге им удалось уменьшить суммарную энтропию (то есть долю неконденсированного газа) примерно в 100 раз по сравнению с прежними экспериментами.