Продемонстрирован квантовый эффект, делающий материю невидимой

Секрет заключается в температуре и плотности газа.
pixabay.com

Блокировка Паули исходит из принципа исключения Паули, впервые сформулированного знаменитым австрийским физиком Вольфгангом Паули в 1925 году. Учёный утверждал, что все частицы, называемые фермионами, такие как протоны, нейтроны и электроны, с одинаковым квантовым состоянием не могут существовать в одном пространстве.

На квантовом уровне электроны в атомах соединяются в оболочки с более высоким энергетическим уровнем, которые вращаются вокруг атомных ядер всё быстрее и быстрее. Также на этом уровне электроны отдельных атомов расположены отдельно друг от друга, так как без принципа исключения все атомы сталкиваются, взрываясь с огромным высвобождением энергии.

Принцип исключения применим и к атомам в газе. Обычно атомы в газовом облаке имеют много пространства, поэтому могут быть фермионами, связанными принципом исключения Паули. Для них достаточно свободных энергетических уровней, чтобы ничего не мешало их движению. Отправьте фотон или лёгкую частицу в относительно тёплое газовое облако, и любой атом, с которым он столкнётся, сможет взаимодействовать с ним.

Но остудите газ, и дело пойдёт иначе. В этом случае атомы потеряют энергию и будут формировать тип материи, называемый Ферми-жидкостью. Теперь частицы связаны друг с другом и неспособны подняться на высокие энергетические уровни или опуститься на низкие. Они так сжаты, что больше не могут взаимодействовать со светом. Посылаемый свет блокируется и просто проходит насквозь.

Но довести атомное облако до такого состояния очень сложно. Для этого нужны не только невероятно низкие температуры, но и сжатие атомов для фиксирования плотности.

В рамках эксперимента учёные настроили фотоны в лазерном луче так, чтобы они сталкивались только с атомами, движущимися в противоположном им направлении, заставляя атомы замедляться и, следовательно, остывать. Исследователи заморозили литиевое облако до 20 микрокельвинов, что чуть выше абсолютного нуля.

Затем они использовали второй, точно сфокусированный лазер, чтобы сжать атомы до рекордной плотности примерно в 1 квадриллиона атомов на кубический сантиметр.

Затем, чтобы увидеть, насколько замаскированы их переохлажденные атомы, физики направили на них третий лазерный луч — тщательно откалиброванный, чтобы не изменять температуру или плотность газа, используя сверхчувствительную камеру для подсчета количества рассеянных фотонов.

Как и предсказывала их теория, охлаждённые и сжатые атомы рассеивают на 38 процентов меньше света, чем атомы комнатной температуры, что делает их менее заметными.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.