Линза для волн материи поможет охладить конденсат Бозе-Эйнштейна до сверхнизких температур
Конденсат Бозе-Эйнштейна может помочь в физических исследованиях, однако он распадается слишком быстро. Теперь ученые нашли способ сделать это состояние более стабильным
При сверхнизких температурах разреженные атомарные газы проявляют свою квантовую природу в виде волн материи в форме конденсата Бозе-Эйнштейна (КБЭ). Благодаря интерференции этих волн физики могут исследовать гравитационные эффекты в микроскопических масштабах и тем самым проверять гравитацию на квантовом уровне. Но для повышения точности этих испытаний необходимо еще больше снизить температуру КБЭ.
Немецкие ученые смогли создать это состояние материи при самой низкой на сегодняшний день температуре (38 пикокельвин) при помощи новой системы линз во временной области, основанной на атомных взаимодействиях. Ученые создали волны материи КБЭ из более чем ста тысяч атомов и записали их эволюцию во времени. Без применения какого-либо линзирования конденсат расширился за счет случайного теплового движения и через 160 мс стал слишком разреженным, чтобы его можно было обнаружить.
Но когда физики при помощи своей линзы «выпрямили» траектории движения атомов, расширение замедлилось, и конденсат смог существовать на протяжении 2 секунд. Более того, авторы экстраполировали свои результаты и обнаружили, что их инновационная техника коллимации может генерировать медленно расширяющиеся системы, которые можно обнаружить даже через 17 секунд после начала эксперимента.
Волны материи конденсата Бозе-Эйнштейна — великолепный инструмент для изучения связи между квантовой теорией и общей теорией относительности. Когда КБЭ помещается в интерферометр, его интерференционная картина будет частично зависеть от гравитационных эффектов, обусловленных массой атомов. Обнаружение этих эффектов может позволить провести фундаментальные тесты, такие как проверка принципа эквивалентности Эйнштейна с квантовыми объектами. Для этих тестов необходимо, чтобы конденсат свободно существовал в течение длительного времени, но традиционные системы не способны на такое из-за внутренней энергии системы, которая заставляет атомы разлетаться. Уменьшение этой энергии увеличило бы время расширения до того, как КБЭ станет слишком разреженным, и повысило бы точность интерферометрии волн материи.
Статья ученых опубликована в журнале Physical Reveiw Letters.