Ученым из Чикагского университета удалось по желанию создать новый тип квантового объекта в лаборатории: «доменные стены».

Открытие может помочь исследователям лучше понять экзотические квантовые частицы и может предложить пути для новых технологий в будущем, таких как квантовая электроника или квантовая память.

Опубликованное 2 февраля в журнале Nature исследование было проведено в лаборатории профессора Ченг Чина, изучающей новые квантовые системы и физику, лежащую в их основе. В одном из своих экспериментов ученые из Университета Чикаго заметили интригующее явление в атомах при экстремально низких температурах. При определенных условиях группы атомов могут разделяться на домены, а на стыке, где они встречаются, образуется «стенка». Эта доменная стенка вела себя как независимый квантовый объект.

«Это похоже на песчаную дюну в пустыне — она состоит из песка, но дюна действует как объект, который ведет себя не так, как отдельные песчинки», — сказал доктор философии. студент Кай-Суан Яо, первый автор исследования.

Ученые видели эти доменные стенки в квантовых материалах, но раньше они не могли надежно их генерировать и анализировать. Как только физики из Университета Чикаго создали рецепт изготовления стен и внимательно изучили их, они обнаружили удивительное поведение.

«У нас большой опыт в управлении атомами», — сказал Чин, работающий на физическом факультете Института Джеймса Франка и Института Энрико Ферми. «Мы знаем, что если вы сдвинете атомы вправо, они будут двигаться вправо. Но здесь, если вы сдвинете доменную стенку вправо, она сдвинется влево».

Эти доменные стенки являются частью класса, известного как «эмерджентные» явления, что означает, что они, кажется, следуют новым законам физики в результате того, что многие частицы действуют вместе как коллектив.

Лаборатория Чина изучает эти возникающие явления, полагая, что они могут пролить свет на набор законов, называемых динамической калибровочной теорией, которая описывает другие возникающие явления в материалах, а также в ранней Вселенной ; те же явления, вероятно, удерживали вместе первые частицы, когда они слипались, образуя галактики, звезды и планеты.

Прорывы в этой области также могут способствовать внедрению новых квантовых технологий. Ученые заинтересованы в каталогизации такого поведения отчасти потому, что оно может стать основой будущих технологий — например, основа современной GPS возникла благодаря ученым, пытавшимся в 1950-х годах проверить теорию относительности Эйнштейна.

«У этого явления могут быть приложения для создания программируемого квантового материала или квантового информационного процессора — его можно использовать для создания более надежного способа хранения квантовой информации или обеспечения новых функций в материалах», — сказал Чин. «Но прежде чем мы сможем это выяснить, первый шаг — понять, как их контролировать».