Создан новый тип кристаллов на основе отталкивания
Новая конфигурация, называемая кристаллом Паули, является результатом квантово-механического правила — принципа исключения Паули.
Ученые ранее предсказывали существование кристаллов Паули, но никто до сих пор их не мог их создать. «Это показывает нам, как прекрасна физика», — говорит квантовый физик Тилман Эсслингер из Швейцарской высшей технической школы Цюриха.
Хотя сами кристаллы Паули основаны на известной физике, технология, используемая для их создания, поможет ученым лучше понять некоторые состояния вещества, такие как сверхпроводимость или сверхтекучесть.
Открытый в 1925 году австрийским физиком Вольфгангом Паули принцип исключения Паули запрещает электронам в атоме приобретать совпадающие квантовые свойства, такие как энергия и угловой момент. Вскоре физики поняли, что это правило справедливо не только в отношении электронов, но и целого класса частиц, называемых фермионами, который помимо электронов включает в себя протоны и нейтроны.
В результате фермионы могут отталкивать друг друга без непосредственного взаимодействия. В то время как обычные кристаллы образуются благодаря электромагнитным взаимодействиям, притягиваясь, кристалл Паули образуется только благодаря отталкиванию.
«Это самое простое состояние материи, которое вы можете себе представить», — говорит Селим Йохим из Гейдельбергского университета Германии.
Йохим и его коллеги создали собственный кристалл Паули из атомов лития, загнанных с помощью лазеров в двумерную область радиусом около микрометра. Исследователи помещали от трех до шести атомов в эту ловушку одновременно. Атомы оказывались слишком близко друг к другу, чтобы образовать какую-либо кристаллическую структуру. Ученые измеряли испускаемые при этом атомами импульсы и обнаружили закономерности.
Положение и импульс тесно связанны, а значит атомы образовывали правильную пространственную решетку, похожую на кристаллическую. В зависимости от количества частиц в ловушке, возникали импульсы частиц различной формы, напоминающие цветы:
