Ученые впервые наблюдали квантовый «дождь»

В Лаборатории квантовых смесей Национального института оптики ученые впервые зафиксировали явление капиллярной нестабильности в необычной среде — ультраразреженном квантовом газе. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).

Капиллярная нестабильность, или нестабильность Плато–Рэлей, проявляется в таких явлениях, как разрыв струйки воды на капли или образование мыльных пузырей. Она связана с поверхностным натяжением — стремлением жидкости минимизировать свою поверхность. Впервые это классическое поведение удалось воспроизвести в системе, подчиняющейся законам квантовой механики.

На сверхнизких температурах атомы теряют индивидуальность и ведут себя как единое квантовое целое. В таких условиях возможно создание так называемых квантовых капель — самоудерживающихся кластеров атомов, стабилизированных за счет квантовых эффектов. Исследователи под руководством Алессии Буркианти с помощью оптических методов создали и наблюдали эволюцию такой капли из смеси ультрахолодных атомов калия и рубидия.

После освобождения в оптическом волноводе капля растягивалась в тонкую нить, которая при достижении критической длины распадалась на более мелкие капли. Их количество зависело от длины исходной нити, аналогично тому, как разбивается струйка жидкости в макромире.

«Мы впервые описали распад квантовой капли как следствие капиллярной нестабильности — ранее такое поведение в атомных газах не наблюдалось», — объяснил Чиара Форт из Университета Флоренции.

По мнению ученых, результаты исследования открывают путь к созданию массивов квантовых капель, которые могут быть использованы в будущих квантовых технологиях.