Капля чернил в стакане воды быстро размазывается, окрашивая всю жидкость. Так и электроны в металле: они носятся свободно, как молекулы в газе. Но если в эту среду попадает магнитная примесь — атом с собственным магнитным моментом, — начинается странное. При очень низких температурах электроны словно прилипают к примеси, выстраивая вокруг неё облако. Это облако экранирует магнитный момент, и сопротивление металла растёт. Явление открыли полвека назад и назвали эффектом Кондо.
Воспроизвести этот танец в чистом виде — без мешанины кристаллической решётки — мечта многих физиков. Идеальная сцена — ультрахолодный газ атомов стронция. У них есть два состояния: основное и долгоживущее «часовое» (оно используется в самых точных часах). Атом в часовом состоянии играет роль магнитной примеси, а атомы в основном — роль электронов. Их спины (квантовые аналоги магнитных стрелок) обмениваются ориентацией при столкновении — это и есть квантовый аналог эффекта Кондо. Но нужная температура — ниже миллионных долей градуса над абсолютным нулём — пока недостижима.
Авторы работы предлагают хитрый трюк: сжать газ в тонкую трубку с помощью поперечного лазерного луча, а для часового состояния добавить ещё и продольную ловушку — как пружинку, которая мягко удерживает атомы вдоль оси трубки. Обе ловушки усиливают взаимодействие между атомами за счёт эффекта, называемого резонансом, вызванным конфайнментом. Когда размер ловушки подбирают так, чтобы энергия связанного состояния двух атомов совпала с энергией их свободного движения, взаимодействие резко возрастает — как если бы два музыканта взяли ноту в унисон и звук усилился.
Расчёты показывают: комбинируя поперечное и продольное сжатие, можно поднять температуру Кондо до значений, доступных в современных экспериментах. Это похоже на то, как если бы воду удалось вскипятить не при ста градусах, а при комнатной температуре — просто изменив форму сосуда. Такой подход превращает газ стронция в настраиваемый квантовый симулятор, где эффект Кондо можно включать и изучать без помех, шаг за шагом разбирая его природу.
Эффект Кондо был открыт в 1934 году, когда заметили, что сопротивление золота с примесью железа при охлаждении не падает, а растёт — вопреки всем ожиданиям.