Физики придумали новый способ определения температуры вещества, находящегося в состоянии конденсата Бозе—Эйнштейна. В отличие от существующих, он не приводит к разрушению конденсата и обладает высокой точностью в случае охлаждения ниже одного нанокельвина.

Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.

При сверхнизких температурах многие разреженные газы переходят в новое агрегатное состояние под названием конденсат Бозе—Эйнштейна. В этом квантовом состоянии существенная часть атомов занимает низший энергетический уровень, благодаря чему вещество начинает двигаться согласованно.

Физики придумали несколько применений для конденсата Бозе—Эйнштейна, одно из которых — квантовые симуляторы. Такие устройства способны воспроизводить динамику более сложных систем, например, сверхпроводников, но в контролируемых условиях, что позволяет изучить процессы на принципиально другом уровне детализации. Для надежных симуляций необходимо точно знать температуру конденсата, однако современные методы измерения либо разрушают его, либо неэффективны при охлаждении ниже одного нанокельвина.

В новой работе Мохаммед Мехбуди из Института фотоники (Испания) и его коллеги предложили новый способ определения температуры для одномерных конденсатов. Они предлагают включать в вещество примеси атомов другого вида. Если с высокой точностью измерять их положение и импульс, то можно вычислить температуру всего конденсата. Подсчеты авторов показывают, что измеряя температуру одного атома иттербия в конденсате из атомов калия в диапазоне от 200 пикокельвинов до 2 нанокельвинов, можно определить ее с точностью до 14%.

Такая точность сравнима с другим распространенным методом измерения, который предполагает наблюдение скорости разлета частиц разрушающегося облака конденсата. Использование этого метода приводит к потере конденсата. По сравнению с другими неразрушающими методами измерения, новый способ позволяет получить значение примерно на один порядок точнее. Также авторы отмечают, что их идею можно обобщить на случай двумерных и трехмерных конденсатов.