Ученые многократно воздействовали на квантовую систему короткими лазерными импульсами, надеясь на ее нагрев и переход в хаотичное состояние. Вместо этого атомы неожиданно прекратили поглощение энергии и зафиксировались в стабильном режиме движения.
Многоразовое применение силы почти всегда приводит к повышению температуры объектов. Например, трение рук генерирует тепло, удары молотом нагревают металл. Этот опыт укореняется в нашем сознании, формируя веру в то, что интенсивное воздействие ведет к накоплению тепла и разрушению порядка. Однако оказывается, что этот принцип не универсален, особенно на квантовом уровне, отмечает ScienceDaily.
Команда ученых под руководством профессора Ханса Кристофа Нагерля из Инсбрукского университета провела эксперимент, который опровергает устоявшиеся представления о неизбежности нагрева квантовых систем. Исследователи создали искусственно сконструированную одномерную квантовую жидкость, сформированную из холодных атомов, охладив их почти до абсолютного нуля. Затем атомы подвергались периодическому воздействию мощного лазерного света, создающего колебательные условия.
Обычно такие колебания приводят к постоянному увеличению энергии и росту температуры. В данном случае группа обнаружила совершенно противоположный эффект: после первоначального резкого увеличения импульса, движение атомов внезапно остановилось. Импульс перестал распространяться, кинетическая энергия перестала увеличиваться и достигла стабильного уровня. Несмотря на продолжающееся взаимодействие атомов, они прекратили накапливать дополнительную энергию, оставаясь в стабильном состоянии.
Такое явление называется многочастичной динамической локализацией (MBDL). Оно указывает на значимую роль квантовой когерентности в поддержании стабильности сложных квантовых систем. «В этом состоянии квантовая когерентность и многочастичная запутанность предотвращают термизацию системы и проявление диффузионного поведения даже при длительном внешнем воздействии. Распределение импульса, по сути, застывает и сохраняет свою структуру», — поясняет Нагерль.
Работа исследователей не только углубляет понимание природы квантовых явлений, но и представляет собой важный шаг вперед в развитии квантовых технологий. В настоящее время одной из главных преград на пути к созданию эффективных квантовых устройств является проблема декогеренции — постепенной потери хрупких квантовых состояний в результате взаимодействия с окружающей средой. Исследование Нагерля демонстрирует, что с помощью контроля условий эксперимента можно создавать системы, способные противостоять этому эффекту.
Таким образом, данное исследование меняет представления о фундаментальных законах природы и приближает человечество к практической реализации революционных квантовых технологий будущего.
Фото: hi-tech.mail.ru