Физики превратили бозе-конденсат в сверхтекучее твердое тело

Австрийские физики изготовили трехмерное сверхтекучее твердое тело из бозе-конденсата атомов эрбия, пойманных в оптическую ловушку. Образование необычного квантового состояния ученые отслеживали по спектру возбуждений, который они рассчитывали по интерференционной картине атомов и сравнивали с теоретическими предсказаниями.

Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.

В 1938 году советский физик Петр Капица обнаружил, что при температуре ниже 2,17 кельвин жидкий гелий-4 переходит в сверхтекучее состояние, то есть его вязкость строго обращается в ноль. Качественно сверхтекучесть жидкости можно объяснить спонтанным нарушением непрерывной калибровочной симметрии, отдаленно напоминающим механизм Хиггса. Благодаря этому нарушению фазы волновых функций всех атомов «выпадают» в одно и то же значение, атомы становятся когерентными и превращаются в единый бозе-конденсат. Подробнее о такой интерпретации сверхтекучести можно прочитать в статье «Introduction to superfluidity» и кратком ответе на форуме Stackexchange, а про историю открытия сверхтекучести — в материале «Чашка жидкого гелия» .

Еще один известный пример нарушения непрерывной симметрии — это твердое тело, атомы которого «заперты» в кристаллической решетке, инвариантной относительно трансляций на целое число векторов решетки. В июне 1969 года советские физики Алексей Андреев и Илья Лифшиц (брат широко известного Евгения Лифшица) предложили совместить обе нарушенные симметрии и теоретически предсказали состояние сверхтекучего твердого тела — материала, который одновременно обладает свойствами кристалла и сверхтекучей жидкости. Изначально ученые предполагали, что в такое состояние будет переходить твердый гелий, сжатый до давлений порядка сотни атмосфер и охлажденный до температур менее одного кельвина. Впрочем, около десяти лет назад физики показали, что на практике поведение такого гелия объясняется другими теоретическими моделями.

Тем не менее, в позапрошлом году физики все-таки получили сверхтекучее твердое тело — результаты двух исследований, впервые независимо получивших необычное квантовое состояние, были напечатаны в журнале Nature в марте 2017 года.

Подробнее
Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (1 vote)
Источник(и):

N+1