Танцы фермионов: новое открытие в атомах лития может изменить мир

Международная группа ученых совершила новое открытие, которое может стать ключом к разгадке тайны высокотемпературной сверхпроводимости и решить мировые энергетические проблемы. Исследователи впервые количественно оценили спаривание псевдозазоров (pseudogaps) в сильно притягивающем взаимодействующем облаке фермионных атомов лития.

Открытие подтверждает спаривание множества фермионных частиц до достижения ими критической температуры, что приводит к заметному проявлению квантовой сверхтекучести, а не просто спариванию двух частиц. Высокотемпературные сверхпроводящие материалы обладают потенциалом значительно повысить энергоэффективность, обеспечивая более быстрые вычисления, новые устройства для хранения памяти и сверхчувствительные датчики.

Квантовая сверхтекучесть и сверхпроводимость — это самые захватывающие явления квантовой физики. Несмотря на огромные усилия за последние 40 лет, происхождение высокотемпературной сверхпроводимости, в частности появление энергетической щели в нормальном состоянии до наступления сверхпроводимости, оставалось загадкой, как отмечают авторы работы.

Целью работы было воспроизведение простой модели из учебника для исследования одной из двух основных интерпретаций псевдощели — энергетического зазора без сверхпроводимости, с использованием системы ультрахолодных атомов. Попытка изучения псевдощели с ультрахолодными атомами в 2010 году не увенчалась успехом. Однако благодаря новейшим технологическим достижениям в подготовке однородных облаков Ферми и устранении нежелательных межатомных столкновений, а также использованию ультрастабильного магнитного поля, исследователям удалось наблюдать псевдощель.

Открытие окажет далеко идущее влияние на будущее изучение сильно взаимодействующих систем Ферми и может привести к потенциальным применениям в будущих квантовых технологиях.