Експеримент со ултраладен квантен гас

Користејќи магнетни и оптички полиња истражувачите насочиле илјадници атоми на рубидиум да се движат во една единствена линија. Така создале ултраладен квантен гас, во кој енергијата и масата се движат непречено, дури и по безброј судири меѓу атомите. Резултатите, објавени во списанието Science, покажуваат дека протокот останува стабилен и недопрен – феномен што ги надминува правилата на обичната материја.

Атомскиот чип со атомите заробени и левитирани подолу. Слика: TU Wien

Два вида транспорт

Како што објаснува Фредерик Мелер од Атомскиот институт при TU Wien „Во принцип постојат два многу различни вида транспорт“.

Првиот е балистички транспорт, кога честичките се движат слободно и растојанието е пропорционално на времето – како куршум што лета по права линија. Вториот е дифузен транспорт, кој настанува од многу случајни судири. Пример за тоа е топлинската проводливост: топлите честички постепено ја делат својата енергија со постудените, сè додека системот не се изедначи.

„Овој вид транспорт не е линеарен,“ додава Мелер. „За да се покрие двојно растојание, обично е потребно четири пати повеќе време.“ Но, во експериментот на TU Wien атомите се однесувале сосема поинаку: дифузијата била речиси целосно потисната.

„Гасот се однесува како совршен проводник – иако атомите постојано се судираат, масата и енергијата течат слободно, без да се губат,“ вели Мелер.

Аналогија со Њутново нишало

За да се разбере ова необично однесување, може да се замисли познатото Њутново нишало – редица метални топчиња што пренесуваат импулс едно на друго. Кога едно топче се повлече и пушти, неговата енергија се пренесува директно до последното, кое се движи како да не било попречено.

„Атомите во нашиот систем можат да се судираат само во една насока,“ објаснува Мелер. „Нивниот импулс не се расфрла, туку едноставно се разменува меѓу партнерите. Секој атом го задржува својот импулс – тој може да се пренесе, но никогаш да се изгуби.“

Како во Њутновото нишало, движењето во квантната жица продолжува без пригушување. Импулсот и енергијата можат да патуваат низ гасот бесконечно, наместо да се распрснуваат како во нормална материја.

Фредерик Мелер, Филип Шителкоф и Јерг Шмидмајер. Фото: TU Wien

Нови патишта кон квантната физика

Овој феномен покажува зошто ваквиот атомски облак не се „термализира“ – не ја распределува енергијата според класичните закони на термодинамиката. Според Мелер, проучувањето на транспортот во вакви совршено контролирани услови може да отвори нови начини за разбирање како отпорот се појавува – или исчезнува – на квантно ниво.

Откритието не е само научна куриозитетност. Тоа може да има далекусежни импликации за идните технологии: од развој на нови материјали со совршена проводливост, до подобро разбирање на квантните системи што би можеле да ја обликуваат електрониката на иднината.