インスブルック大学の実験室で、絶対零度より数億分の数度上まで冷却されたセシウム原子が、突如として異常な束縛状態——ベーテ弦——を形成した。1931年にハンス・ベーテによって予言されたこれらの量子クラスターは、ほぼ一世紀にわたり紙の上と、磁性体中の間接的な観測の中にしか存在しなかった。
ハンス＝クリストフ・ネーゲルレ率いる科学者たちは、原子の雲を数千本の細い一次元管に分割した。各管内で原子は一本の線に沿ってのみ動くことができた。次に研究者たちは原子間の相互作用を、反発から引力へと滑らかに変化させた。予想された気体の崩壊の代わりに、六個以上の原子からなるクラスターを含む、さまざまな大きさの粒子の束縛群が生じた。
粒子が化学結合によって保持される通常の分子とは異なり、ベーテ弦はもっぱら量子相互作用から生じ、一次元にのみ存在する。その安定性は二つの方法で検証された。一次元管内ではクラスターは衝突によっても維持されたが、制限を取り除き三次元空間に拡張すると、それらは崩壊し、結合エネルギーを放出した。
結合エネルギー、運動量分布、タン接触の測定は、大きなベーテ弦の存在を裏付けた。結果は一般化された流体力学の予測と正確に一致した。この実験は、極低温気体という制御された環境において、他の系では実現できない複雑な量子状態を生成し研究できることを示した。
この発見は、強く相互作用する一次元系における量子コヒーレンス、非線形ダイナミクス、熱化の研究への道を開く。今後、物理学者たちはこれらの状態を操作し、衝突させ、実験室条件下でその安定性を検証できるようになる。
