0
3826
Газета Печатная версия

24.05.2022 17:45:00

В кольцеобразных квантовых структурах удалось поддерживать ток целых 10 секунд

Атомный хоровод фермионов

Тэги: физика, атом, магнитное поле, бозон


физика, атом, магнитное поле, бозон Формирование атомного кольца. Иллюстрация Physorg

Малоизвестный (особенно в сравнении с его соавтором – Альбертом Эйнштейном) индийский физик Сатьендранат Бозе родился в Калькутте, но оказался в Европе, где активно и плодотворно занимался статистической механикой применительно к фотонам, то есть квантам световой энергии. Вместе с Эйнштейном они разработали в 1925 году статистику поведения частиц идеального газа, имевших целый спин. Часто используемый в последнее время термин «спин» интерпретируется обычно как «вращение» магнитного поля (момент) вокруг оси; подобно суточному «спину» Земли при ее движении вокруг Солнца.

Дальнейшее развитие теории привело двух ученых к предсказанию существования необычного агрегатного состояния вещества – так называемый Бозе-Эйнштейновский конденсат (ВЕС). Он образуется при сверхнизких температурах, которую физики получили только через три четверти века. Поэтому экспериментально он был получен только в 1995 году в Объединенном институте лабораторной астрофизики (JILA, США).

Имя индийца увековечили также в названии семейства элементарных частиц – бозоны, частицы с нулевым или целочисленным спином. Но спины бывают и дробными, в частности у электрона он равен 1/2, поэтому такие частицы назвали фермионами в честь итальянско-американского физика Энрико Ферми, который запустил 14 декабря 1942 года первый в мире атомный котел. Так начиналась атомная эра.

Физики сегодня делают бозонные и фермионные атомы, чему свидетельство статья в журнале Physical Review Letters сотрудников Дартмутского колледжа в американском г. Гановер. Название статьи – «Персистентные (устойчивые) токи в кольцах фермионных атомов при сверхохлаждении». Речь идет об атомах лития (Li-6) с двумя различными спиновыми состояниями, что и делает их фермионными. Первоначально их смесь образует атомное облако, но затем, с приближением температуры к абсолютному нулю (– 273º), атомы расходятся от центра и образуют кольцо. В нем возникает устойчивый ток – на протяжении как минимум 10 секунд – взаимодействующих друг с другом фермионов.

Ученые научились «настраивать» силу взаимодействий между атомами с помощью приложения внешнего магнитного поля. В результате им удалось получить «сверхжидкость» (superfluid), о которой также писали Бозе и Эйнштейн. Ее даже «помешивали» с помощью лазерного луча, взаимодействие же атомов ослабевало с увеличением напряженности магнитного поля.

Авторы признают, что нынешних 10 секунд поддержания кругового тока недостаточно для практического применения в активно разрабатываемых квантовых сенсорах. Тем не менее они доказали реальность получения атомных токопроводящих колец, что сравнимо с первыми успехами реализации идеи Бозе–Эйнштейна с их ВЕС.

Немаловажно и то, что их кольца могут активно использоваться в качестве экспериментальной базы для фундаментальных компьютерных симуляций и проверки теорий, описывающих динамику ранней Вселенной в первые мгновения после Большого взрыва. Можно напомнить, что обращение Эйнштейна к космическим масштабам, в которых путь светового луча изгибается под действием гигантских астрономических масс, подтолкнуло к созданию общей теории относительности (ОТО). В рамках ОТО Эйнштейном был предсказано существование гравитационных волн, которые были обнаружены экспериментально спустя век с использованием лазерных интерферометров.


Читайте также


Энергосистема Украины может остаться без главной атомной станции

Энергосистема Украины может остаться без главной атомной станции

Наталья Приходко

Угроза безопасности Запорожской АЭС стала поводом для заседания Совбеза ООН

0
3860
Что стоит за подорожанием электроэнергии в Европе

Что стоит за подорожанием электроэнергии в Европе

Кирилл Родионов

Одним из главных последствий нынешнего кризиса может стать "ренессанс атома"

0
1394
Мое послание из Хиросимы

Мое послание из Хиросимы

Антониу Гутерриш

Необходимо прекратить размахивать ядерной дубиной  

0
1370
Жамочки Льва Толстого

Жамочки Льва Толстого

Корнелия Орлова

Закончилась первая смена проекта «Литературные резиденции»

0
952

Другие новости