Физики из США и Великобритании теоретически показали, что трехчастичные столкновения могут охлаждать трехмерный бозе-конденсат и повышать степень его вырождения, если характерный радиус взаимодействия частиц будет ниже определенного порога.

Ранее считалось, что такие столкновения приводят к обратным эффектам. Статья опубликована в Physical Review Letters, препринт работы выложен на arXiv.org.

Большинство бозе-конденсатов, которые физики исследуют в лабораториях, представляют собой сильно охлажденные облака щелочных или щелочноземельных атомов (рубидия, цезия, стронция и так далее), пойманных в оптическую ловушку. Из-за низкой температуры (порядка 10⁻⁷ кельвин) атомы в таком конденсате медленно движутся и сравнительно редко сталкиваются. Кроме того, из-за низкой плотности конденсата в столкновениях обычно участвует только два атома, которые отскакивают друг от друга, словно бильярдные шарики.

Однако иногда случай сводит в одной точке сразу три одинаковых атома и запускает процесс, который называют трехчастичной рекомбинацией. В результате два из трех атомов «склеиваются» в молекулу, а высвободившаяся энергия связи разгоняет молекулу до сравнительно большой скорости (по сравнению с остальными атомами).

Традиционно считается, что этот эффект разогревает газ, увеличивает среднюю энтропию частиц и уменьшает степень вырождения газа (то есть отношение числа частиц, находящихся в состоянии конденсата, к полному числу частиц).

Тем не менее, несколько лет назад французские физики Изабель Бушуль (Isabelle Bouchoule) и Макс Шеммёр (Max Schemmer) обнаружили , что в сильно взаимодействующем одномерном конденсате Бозе — Эйнштейна трехчастичная рекомбинация работает не совсем так, как принято считать: вместо того, чтобы разогревать газ, она его охлаждает. Грубо говоря, дело в том, что быстрые молекулы, которые рождаются в трехчастичных столкновениях, быстро убегают из газа и уносят его энергию. Впрочем, с увеличением числа «убежавших» молекул степень вырождения газа быстро падает, поэтому использовать этот процесс для охлаждения бозе-конденсата бессмысленно.

Теперь же группа физиков под руководством Зорана Хаджибабича (Zoran Hadzibabic) теоретически показала, что в разреженном трехмерном газе слабо взаимодействующих частиц трехчастичная рекомбинация не только снижает температуру, но и увеличивает степень вырождения газа.