Странный квантовый объект впервые успешно создан в лаборатории

Квантовая механика - поведение Вселенной в мельчайших масштабах - продолжает удивлять нас: теперь ученые смогли успешно создать квантовый объект, называемый доменной стенкой, в лабораторных условиях.

Впервые эти стенки могут быть созданы в лаборатории по запросу, когда атомы, хранящиеся при очень низких температурах - сценарий, известный как конденсат Бозе-Эйнштейна - группируются в домены при определенных условиях. Стенки представляют собой стыки между этими доменами.

Исследователи, создавшие эти доменные стенки, говорят, что в конечном итоге они могут пролить новый свет на многие различные области квантовой механики, включая квантовую электронику, квантовую память и поведение экзотических квантовых частиц.

"Это похоже на песчаную дюну в пустыне - она состоит из песка, но дюна действует как объект, который ведет себя иначе, чем отдельные песчинки", - говорит физик Кай-Ксуан Яо из Чикагского университета.

Ранее уже проводились исследования доменных стенок, но до сих пор их не удавалось создать в лаборатории по собственному желанию, что дало ученым возможность по-новому проанализировать их. Оказалось, что они ведут себя как независимые квантовые объекты, но не обязательно так, как ожидали ученые.

Такое неожиданное поведение означает, что доменные стены присоединяются к классу объектов, называемых эмерджентными явлениями, когда частицы, объединившиеся вместе, следуют иному набору законов физики, чем частицы, действующие сами по себе.

Одним из необычных наблюдений, сделанных командой, является то, как доменные стенки реагируют на электрические поля, что потребует дальнейшего изучения. Пока же просто возможность производить и манипулировать этими стенками является важным шагом вперед.

"У нас есть большой опыт в управлении атомами", - говорит физик Ченг Чин из Чикагского университета. "Мы знаем, что если толкнуть атомы вправо, они будут двигаться вправо. Но здесь, если вы толкаете доменную стенку вправо, она движется влево".

Отчасти это открытие так важно потому, что оно может дать нам больше информации о том, как вели себя атомы в самом начале существования Вселенной: Частицы, которые когда-то были сцеплены друг с другом, в конце концов, расширились и образовали звезды и планеты, и ученые хотели бы знать, как именно это произошло.

Эти открытия в области стен относятся к так называемой динамической теории калибровки - способу проверки и вычисления динамики квантовых явлений в лаборатории. Эти открытия могут объяснить, как эмерджентные явления действуют во всем - от материалов до ранней Вселенной.

Однако исследователи не только оглядываются назад, но и смотрят вперед. Когда станет более понятно, как можно управлять доменными стенками, это может открыть возможности для новых квантовых технологий.

"Этому явлению можно найти применение в создании программируемых квантовых материалов или квантовых информационных процессоров", - говорит Чин.

"Это может быть использовано для создания более надежного способа хранения квантовой информации или включения новых функций в материалы. Но прежде чем мы сможем это выяснить, сначала нужно понять, как ими управлять".

Исследование было опубликовано в журнале Nature.