Ультрахолодные квантовые газы образуют кристаллическое и сверхтекучее супертело

Сверхпрочность — это парадоксальное состояние, когда вещество кристаллизуется и при этом становится сверхтекучим. Предсказанная 50 лет назад такая нелогичная фаза долгое время искалась в сверхтекучем гелии. Однако после десятилетий теоретических и экспериментальных экспериментов и исследований однозначное доказательство наличия сверхпрочности в этих системах все еще отсутствует. Две исследовательские группы под руководством Франчески Ферлайно, одна в Институте экспериментальной физики в Университете Инсбрука, а другая — в Институте квантовой оптики и квантовой информации Академии наук Австрии, в настоящее время сообщают о наблюдении признаков этого экзотического состояния в ультрахолодном состоянии у квантовых газов.

Хотя до сих пор большинство работ было сосредоточено на гелии, исследователи недавно обратились к квантовым газам — в частности, к тем, которые имеют сильные дипольные взаимодействия. «Недавние эксперименты показали, что такие газы имеют фундаментальное сходство со сверхтекучим гелием», — рассказывает Лориан Чомаз, имея в виду экспериментальные достижения в Инсбруке и Штутгарте за последние несколько лет. «Эти особенности закладывают основу для достижения состояния, когда несколько десятков тысяч частиц газа самопроизвольно организуются в самоопределяющуюся кристаллическую структуру, в то же время разделяя одну и ту же макроскопическую волновую функцию — отличительные признаки сверхтвердости».

Исследователи в Инсбруке экспериментально создали состояния, демонстрирующие эти характеристики сверхпрочности, настраивая силу взаимодействия между частицами в квантовых газах как эрбия, так и диспрозия. «В то время как в эрбии сверхтвердое состояние только временное, наша реализация диспрозия демонстрирует беспрецедентную стабильность», — утверждает говорит Франческа Ферлайно. «Сверхпрочное поведение не только длится долго, но также напрямую достигается с помощью испарительного охлаждения, начиная с термического образца».