Благодаря уникальной экспериментальной установке ученые смогли замедлить и зафиксировать квантовые процессы, занимающие обычно ультракороткое время.
Физик Рудольф Гримм (Rudolf Grimm) и его коллеги из университета Инсбрука (Австрия) первыми в мире наблюдали формирование квазичастиц в режиме реального времени. По словам экспертов, это не только большое дело для мира теоретической физики, но достижение, которое может изменить способ, которым проектируют сверхбыструю электронику, в том числе квантовые процессоры. Результаты исследования опубликованы в журнале Science, а их популярное изложение представляет портал Science Alert.

Квазичастица — понятие, используемое для описания некоторых странных явлений, которые происходят в довольно замысловатых установках, в частности, квантовых системах многих тел или твердотельных материалов. Примером может служить электрон, движущийся через твердое вещество. В процессе движения он создает поляризацию в среде из-за своего электрического заряда. Такое «поляризованное» облако сопровождает электрон в его движении через материал, и вместе они могут быть описаны как квазичастицы.

«Можно представить ее как лыжника в снежный день. Лыжник окружен облаком снежных кристаллов. Вместе они образуют систему, которая имеет разные свойства, чем каждый по отдельности», — рассказывает Рудольф Гримм.

Квазицастицы и их формирование подробно описаны в теоретических моделях, наблюдение за ними в режиме реального времени было реальной проблемой. Все потому что квазичастицы имеют не только очень малый размер, но также и невероятно недолговечны.

Процессы в квазимире длятся аттосекунды, что и делает наблюдение за ними чрезвычайно сложной задачей. (Аттосекунда — это одна квинтилионная часть секунды, то есть, по сравнению с ней обычная секунда длится как 31,71 млн лет).

Но группа австрийских ученых придумала, как несколько замедлить этот процесс. Они применили лазер в вакуумной камере для создания ультрахолодного квантового облака, состоящего из атомов лития и небольшого количества атомов калия посередине.

Затем при помощи магнитного поля физики создали особое взаимодействий частиц, создавая тип квазичастиц, известных как поляроны Ферми — нам легче представить их как атомы калия, внедренные в атомы лития.

Процесс формирования этих квазичастиц в нормальной системе занял бы порядка 100 аттосекунд, но благодаря ультрахолодным условиям, ученые имели возможность замедлить его до микросекунд и увидеть эксприментально, что при этом происходит, впервые в истории.

«Это может быть очень интересный подход, который позволит лучше понять квантовые физические свойства сверхбыстрых электронных устройств», — говорит Гримм.