Физики из Франции экспериментально реализовали переход конденсата Бозе — Эйнштейна атомов натрия во фрагментированное состояние. Для доказательства фрагментированности исследователи восстанавливали одно-, двух- и многочастичные матрицы плотности путем адресной манипуляции и измерения состояний отдельных атомов.

Работа опубликована в Science.

Главное отличие бозонов от фермионов заключается в том, что, согласно законам квантовой механики, первые могут занимать одно и то же состояние. Это приводит к тому, что при понижении температуры бозоны стремятся занять наинизшее состояние из возможных, образуя бозе-конденсат. Таким образом, конденсат Бозе — Эйнштейна можно рассматривать как единый квантовый объект, описываемый общей волновой функцией, что делает его крайне интересным объектом для изучения.

Вместе с тем физиков с недавнего времени стал интересовать более сложный вариант бозе-конденсата, названный фрагментированным, в котором квантовое состояние описывается с помощью запутанности двух или более одночастичных состояний. При этом результаты измерений свойств отдельных частиц такого конденсата описываются смешанными состояниями, в то время как измерение его коллективных свойств демонстрирует практически чистые состояния. Такое состояние недоступно с помощью прямого охлаждения и потому крайне слабо экспериментально изучено.

Несмотря на эти трудности Фабрис Жербье (Fabrice Gerbier) из университета Сорбонны с коллегами нашли способ, как перевести в состояние фрагментированного бозе-конденсата систему из атомов со спином, равным единице, в оптической ловушке.