"Самое холодное место во вселенной" перепишет квантовую теорию

Проведя серию экспериментов в месте, которое называют "самым холодным местом во Вселенной", - в одной из лабораторий Университета Флориды - международная команда ученых собирается переписать свод утверждений квантовой физики.

Многое из того, что мы знаем о квантовой механике, проверяется при помощи численного моделирования, поскольку наблюдать электроны, вращающиеся вокруг ядра и другие подобные явления в реальных условиях практически нереально. Однако оказалось, что подвергая медленные частицы воздействию очень низких температур, все-таки можно "поймать" их за квантовым действием. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, описывает, как этот своеобразный "стоп-кадр" опроверг правила квантовой теории.

Магнит, который питает MRI сканер, представляет собой сверхпроводящую катушку, переведенную в квантовое состояние очень холодным жидким гелием. Внутри этой катушки электрический ток течет без трения.

Квантовые магниты и другие необычайные явления в квантовой механике могут обеспечить следующий большой прорыв в вычислительной технике, транспортных технологиях - таких, как магнитная левитация поезда - и поиске альтернативных источников энергии. Но этих инноваций не будет без базового набора принципов, которыми должны руководствоваться инженеры.

Здесь и вступает в игру Микрокельвиновская лаборатория. Это одно из немногих предприятий, оборудование которых приспособлено для работы при экстремально низких температурах. Сумбурный, хаотический мир квантовых систем в ней замедляется до приемлемого темпа, когда за квантовыми объектами уже можно наблюдать и управлять ими.

Для того, чтобы получить показания, ученым потребовалось шесть месяцев. Ни в одной другой лаборатории мира не удалось бы поддерживать экстремальную температуру достаточно долго для того, чтоб этот эксперимент состоялся. Комнатная температура - это примерно 300 кельвинов. Жидкий водород в Космическом Центре Кеннеди закачивается в ракету при температуре 20 кельвинов. Физикам же необходимо охладить предметы до 1 микрокельвина выше абсолютного нуля, чтобы изучить их квантовые свойства.

"Наши измерения окончательно проверили важные предсказания о процессах в конденсате Бозе-Эйнштейна", - говорит Вивьен Цапф, научный сотрудник Национальной лаборатории Высоких магнитных полей.

В эксперименте наблюдали за атомным спином субатомных частиц, называемых бозонами, в кристалле. Ученые увидели, как был достигнут переход к конденсату Бозе-Эйнштейна, а затем, продолжая понижать температуру, нашли точную точку, при которой свойства конденсата стали исчезать. Это явление произошло при 1 тысячной кельвина. Эксперимент буквально опроверг существующие правила для прогнозирования условий, в которых происходит переход между двумя квантовыми состояниями.