Ученые приблизились к созданию невидимой материи

Ученые Массачусетского технологического института (MIT) впервые продемонстрировали квантовый эффект, предсказанный еще 30 лет назад. Так называемый принцип блокировки Паули помог определить следующее: если охладить и уплотнить облако газа до крайних значений, оно станет невидимым.

Начнем с того, что электроны атома расположены в энергетических оболочках. Подобно зрителям в кинотеатре, каждый электрон занимает свое оплаченное место и не может спуститься на более низкий уровень, если все места заняты. Это фундаментальное свойство атомной физики, известное как принцип блокировки Паули. Оно объясняет структуру атомов, разнообразие периодической таблицы элементов и стабильность материальной вселенной.

Принцип блокировки применим и к атомам в газе. Обычно атомы в газовом облаке имеют много пространства, в котором они могут свободно передвигаться. Это означает, что для них приготовлено достаточно свободных энергетических уровней, чтобы они могли перепрыгнуть, куда захотят. И принцип Паули не будет им в этом мешать. Однако если начать понижать температуру, то дела обстоят иначе.

Исследователи использовали лазеры для сжатия и охлаждения газообразного лития до низких плотностей и температур, таких, чтобы он рассеивал как можно меньше света. Если физики смогут охладить облако до температуры, близкой к абсолютному нулю (-273,15°С), то, теоретически, оно станет полностью невидимым.

В ходе исследования ученые наблюдали особенную и в то же время простую форму блокировки Паули. Это оказалось первое практическое подтверждение эффекта. Оно показало новое явление в физике — эффект подавляет рассеивание света атомом.

Обычно, когда фотон, частица света, проникает через облако атомов, то любой атом, с которым она столкнется, может взаимодействовать с ней, поглощая входящий импульс. Это похоже на столкновение бильярдных шаров. Затем атом переместится на другой уровень энергии и рассеет эту частицу света. Такой процесс позволяет делать облако видимым. Однако команда физиков заметила, что, когда атомы переохлаждены и сверхсжаты, возникает принцип Паули, и у частиц фактически остается меньше места для рассеивания света. Вместо этого фотоны проходят насквозь него и не рассеиваются.

Физики наблюдали эффект в облаке атомов лития. По мере того, как они становились холоднее и плотнее, атомы рассеивали меньше света и становились все более тусклыми. Отсюда ученые сделали вывод: если понизить температуру до абсолютного нуля, облако станет полностью невидимым.

Новый метод можно использовать для разработки светоподавляющих материалов, которые помогут предотвратить потери информации в сверхмощных квантовых компьютерах.

Пользуясь способом, который позволяет подавить рассеивание света, ученые вносят вклад в управление атомным миром. И это приближает нас к пониманию его устройства.