Исследователи из Китайской академии наук впервые экспериментально продемонстрировали противоточную сверхтекучесть (CSF). Это экзотическое квантовое состояние позволяет двум компонентам, таким как различные типы атомов или спинов, течь в противоположных направлениях, оставаясь при этом идеально коррелированными. Несмотря на то, что оба компонента являются сверхтекучими, вся система остается неподвижной и несжимаемой.
Хотя концепция противоточной сверхтекучести не нова и известна уже два десятилетия, ее экспериментальное наблюдение было сопряжено с техническими трудностями. Экспериментальная реализация требовала тщательной подготовки бездефектных состояний и минимального нагрева при когерентных манипуляциях.
Чтобы достичь этой 'скрытой' фазы CSF, ученые создали двухкомпонентную систему, используя атомы рубидия-87 с двумя разными состояниями спина. Эти атомы были помещены в решетку лазерного света, что позволило зафиксировать их в определенных позициях, что привело к образованию изолятора Мотта — увлекательного материала, который теоретически проводит электричество, но на практике не делает этого из-за сильных взаимодействий между спинами частиц.
Регулируя взаимодействие между атомами при температуре в один нанокельвин (-273,15°C), исследователи перешли от «замороженного» состояния к тому, в котором два типа атомов текли в противоположных направлениях, оставаясь при этом совершенно сбалансированными, что подтверждает существование противоточной сверхтекучести.
Для подтверждения своих выводов исследователи использовали квантовый газовый микроскоп - передовой инструмент визуализации, позволяющий ученым наблюдать отдельные атомы в решетке. Они измерили корреляции между различными положениями и спинами атомов, подтвердив наличие антипарных корреляций, которые характерны для CSF.
Это наблюдение подтвердило, что при движении одного атома в одном направлении, другой атом с противоположным спиновым состоянием движется в противоположном направлении. Кроме того, исследователи отметили дальнодействующие корреляции в спиновых состояниях, указывающие на то, что система сохраняет когерентность по всей решетке, что является еще одним сильным признаком фазы CSF.
Новый метод позволяет лучше понять сложные физические процессы в открытых системах, которые более реалистично представляют сценарии реального мира. В то время как традиционные методы часто сталкиваются с ограничениями, этот инновационный подход стремится преодолеть некоторые из этих трудностей, потенциально открывая путь для прогресса в квантовых технологиях.