Эксперимент: атомы становятся невидимыми

Стоковое фото: один из экспериментов с лазером в квантовой лаборатории
Стоковое фото: один из экспериментов с лазером в квантовой лаборатории
Shutterstock
Когда атомы охлаждают и сжимают до крайности, их способность рассеивать свет подавляется.

Об исследовании, опубликованном в журнале Science, рассказывает EurekAlert!

Если сделать облако газа достаточно холодным и плотным, оно станет невидимым. Этот странный квантовый эффект, предсказанный несколько десятилетий назад, ученые смогли наблюдать воочию в ходе нового эксперимента.

Команда Массачусетского технологического института использовала лазеры для сжатия и охлаждения газообразного лития до достаточно высокой плотности и низкой температуры, чтобы оно рассеивало меньше света. Они заморозили облако до 20 микрокельвинов, что составляет примерно 1/100 000 температуры межзвездного пространства. Затем ученые использовали сильно сфокусированный лазер, чтобы сжать ультрахолодные атомы до плотности, которая достигла квадриллиона атомов на кубический сантиметр.

После этого исследователи направили в облако еще один лазерный луч, тщательно откалиброванный, чтобы его фотоны не нагревали ультрахолодные атомы и не изменяли их плотность при прохождении света. Наконец, они использовали объектив и камеру, чтобы уловить и подсчитать фотоны, которые успели разлететься.

Оказалось, что при температуре 20 микрокельвинов атомы были на 38% тусклее, что означает, что они рассеивали на 38% меньше света, чем менее холодные и менее плотные атомы. По словам ученых, если они смогут еще сильнее приблизить температуру облака к абсолютному нулю (–273,15 °C), то оно станет полностью невидимым. Причудливый эффект — это первый конкретный пример квантово-механического процесса, называемого блокировкой Паули.

«То, что мы наблюдали, — это одна очень особенная и простая форма блокировки Паули, заключающаяся в том, что она не дает атому делать то, что все атомы естественным образом сделали бы: рассеивать свет», — сказал старший автор исследования Вольфганг Кеттерле, профессор физики в Массачусетском технологическом институте. — Это явление никогда не наблюдалось раньше, потому что люди не могли создавать достаточно холодные и плотные облака».

Новый метод может быть использован для разработки светоподавляющих материалов для предотвращения потери информации в квантовых компьютерах.