Квантовата механика – поведението на Вселената в най-малки мащаби – има ново откритие - учените вече успяха да създадат квантов обект, наречен домейнова стена (domain wall) в лабораторни условия.
За първи път тези стени вече могат да бъдат генерирани в лаборатория при поискване, което се случва, когато атомите, съхранявани при много ниски температури - сценарий, известен като Бозе-Айнщайнов кондензат, се групират заедно в домейни при определени условия. Стените са кръстовища между тези домейни.
При температури близо до абсолютната нула, атомите са в най-ниското си енергийно ниво. При тези температури квантово-механични ефекти стават забележими. В резултат на вероятностното им позициониране, атомите ще са като размити топки.
Откритието може да помогне на изследователите да разберат по-добре екзотичните квантови частици и може да предложи пътища за нови технологии в бъдеще, като квантовата електроника или квантовата памет.
„Това е нещо като пясъчна дюна в пустинята – съставена е от пясък, но дюната действа като обект, който се държи различно от отделните пясъчни зърна“, обяснява физикът Кай-Сюен Яо (Kai-Xuan Yao) от Чикагския университет.
Изследването е проведено в лаборатории на професор Чън Чин (Cheng Chin), изучаваща нови квантови системи и физиката, лежаща в тяхната основа. В един от своите експерименти учени от Университета Чикаго забелязват интригуващо явление в атомите при изключително ниски температури. При определени условия групи атоми могат да се разделят на домейни, а на мястото, където се срещат, се образуват "стени". Тази домейнова стена се държи като независим квантов обект.
Едно от необичайните наблюдения, направени от екипа, е начинът, по който стените на домейните реагират на електрически полета, нещо, което ще се нуждае от допълнително проучване, за да се разплете. Засега само възможността да е произвеждат и манипулират такива стени е важна стъпка напред.
„Имаме много опит в контролирането на атомите“, разказва физикът Чън Чин от Чикагския университет. "Знаем, че ако бутнем атомите надясно, те ще се движат надясно. Но тук, ако бутнем домейновата стена надясно, тя се движи наляво."
Част от причината, поради която откритието е толкова важно, е, че може да ни научи повече за това как са се държали атомите в самото начало на съществуването на Вселената: частиците, които някога са били събрани заедно, в крайна сметка се разширяват, за да образуват звезди и планети, и учените биха искали да знаят как точно се е случило това.
Това откритие на домейновата стена попада в клас, известен като "емерджентни, възникващи" феномени, което означава, че изглежда следват нови закони на физиката в резултат на много частици, действащи заедно като колектив. Тези открития биха могли да обяснят как тези явления действат във всичко - от материалите до ранната Вселена.
След като изследователите разберат как могат да се контролират домейновите стени, това може да отвори възможности за нови квантови технологии.
„Може да има приложения за това явление по отношение на създаване на програмируем квантов материал или квантови информационни процесори“, отбелязва Чин.
"Може да се използва за създаване на по-стабилен начин за съхраняване на квантова информация или за активиране на нови функции в материалите. Но преди да разберем това, първата стъпка е да разберем как да ги контролираме."
“Domain-wall dynamics in Bose–Einstein condensates with synthetic gauge fields” by Kai-Xuan Yao, Zhendong Zhang & Cheng Chin, 2 February 2022, Nature. DOI: 10.1038/s41586-021-04250-3
Strange Quantum Object Successfully Created in The Lab For The First Time, DAVID NIELD, sciencealert
