Учёные придумали способ создания атомов без температуры

Физики во многих лабораториях мира работают над созданием так называемых оптических решёток (optical lattice) — систем из пересекающихся лазерных лучей, способных захватывать отдельные атомы и удерживать их своих "узлах", причём строго по одному атому на узел.

Пересекающиеся лазеры создают ловушку для экстремально холодных атомов (иллюстрация DARPA).
Странноесостояние материи, в котором у частиц отсутствуют энтропия итемпература, предсказали на кончике пера исследователи из университетаОгайо (Ohio State University).

Такие устройства могут стать ключом к квантовым компьютерам, а также пригодятся для моделирования необычных состояний вещества и передовых материалов. В частности, они окажутся полезными для раскрытия секретов высокотемпературной сверхпроводимости.

Как известно, для помещения атомов в подобные ловушки частицы следует сильно охладить. И учёные уже умеют делать это, достигая температур порядка нанокельвинов (так получаются экзотические состояния вещества — конденсат Бозе – Эйнштейна и фермионный конденсат).

Увы, даже эти ничтожные значения температуры всё ещё велики для нормального взаимодействия оптической решётки и атомов. Однако профессор Тинь Лунь Ху (Tin-Lun Ho) уверен, что возможно снизить температуру намного сильнее и, более того — практически избавиться от неё.

В пресс-релизе университета он объясняет суть идеи. Расчёты показывают, что при достижении определённого порога интенсивности лазеров пойманные в пересечениях лучей атомы (а это должны быть фермионы) перейдут в состояние "связанного изолятора" (band insulator), или двухфермионное состояние, в котором сгруппируются по двое в каждом узле оптической решётки.

При этом в каждой слившейся паре частицы будут иметь противоположный спин, который таким образом обнулится, как и энтропия и тепло этих атомов, — уверяют исследователи.

Поскольку энергия просто так исчезнуть не может, она, как показали вычисления, через оптическую решётку будет передана окружающему эту систему конденсату Бозе – Эйнштейна, который затем сможет испариться, унеся эту энергию прочь.

Далее можно было бы снизить интенсивность лучей в решётке и изменить её параметры так, что атомы разойдутся уже по одному в каждый узел, но при этом останутся намного более холодными, чем были раньше.

Интересно, что данная работа ведётся по заказу и на средства небезызвестного американского агентства по передовым оборонным исследованиям DARPA. В настоящее время в рамках этого проекта созданием трёхмерных оптических решёток заняты в нескольких американских университетах и институтах, и в двух таких работах Тинь Лунь принимает непосредственное участие.