Международная группа физиков обнаружила необычное квантовое состояние материи, которое противоречит существующим теориям. Частицы в нём формируют упорядоченную структуру, даже когда систему переводят в высокоэнергетическое состояние. Новую фазу назвали «дробным морем Ферми».
В ходе исследования, теоретические основы которого изложены в журнале Physical Review Letters, учёные работали с ультрахолодными атомами цезия. Их движение ограничили одной линией, создав одномерную квантовую систему. Затем исследователи начали циклически менять характер взаимодействия между атомами, плавно переключая его от сильного отталкивания к сильному притяжению.
В обычных условиях частицы-фермионы, к которым относятся и электроны, при сверхнизких температурах заполняют доступные энергетические уровни, образуя так называемое «море Ферми». Воздействие на систему, как правило, приводит к её нагреву и переходу в хаотичное состояние. Однако в данном эксперименте атомы вместо этого перестроились в новую, стабильную и высокоэнергетическую конфигурацию.
Это состояние обладает скрытым порядком, который проявляется в корреляциях – закономерностях взаимного влияния частиц. Физики зафиксировали в системе отчётливые волнообразные колебания плотности, известные как осцилляции Фриделя, а также необычный характер ослабления корреляций с расстоянием. Эти наблюдения не согласуются с предсказаниями стандартной теории Томонаги-Латтинжера, которая описывает поведение частиц в одномерных системах.
Открытие показывает, что с помощью методов квантового моделирования можно не только воспроизводить известные явления, но и создавать и изучать принципиально новые состояния материи. По словам авторов, коллективные возбуждения в такой системе – квазичастицы – ведут себя настолько необычно, что могут потребовать нового названия, например «суперфермионы». Статья с описанием экспериментальной реализации «дробного моря Ферми» в настоящее время проходит рецензирование.
