Квантовые узоры из хаоса: как беспорядок рождает твёрдое течение ✎ экспресс

Оригинал: "Interaction-Induced Quasicrystalline Order: Emergence of Quasi-Solid and Quasi-Supersolid Phases"
· Chao Zhang
arXiv:2511.02218 · 2025-11-04 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Непериодические силы создают вещество, одновременно твёрдое и сверхтекучее — словно квантовый кентавр.

Мозаика Пенроуза, сложенная из двух видов плиток, выстилает плоскость без повторяющегося узора — математическое чудо, открытое Роджером Пенроузом, обрело физическое воплощение в мире квантов. Исследователи смоделировали цепочку частиц, которые взаимодействуют по правилу, напоминающему числа Фибоначчи и золотое сечение. Хаотичный закон создаёт беспорядок в расстояниях между частицами, но именно этот беспорядок застывает в стройный узор: в спектре рассеяния проступают резкие пики — признак кристаллического порядка. Такой «квазикристалл» стабилен сам по себе, без внешней подпорки.

Но обнаружилось нечто большее. При определённой плотности вещество становилось двойственным: оно сохраняло твёрдый каркас, но одновременно текло без малейшего трения — как сверхтекучий гелий, только сохраняющее форму. Этот квантовый кентавр, или квази-сверхтвёрдое тело, расширяет границы наших представлений о материи. Увидеть его можно в экспериментах с ультрахолодными ридберговскими атомами — идея, восходящая к Ричарду Фейнману и его квантовым симуляторам. Неожиданность в том, что узор, который математики когда-то считали лишь игрой ума, оказался естественным для квантового хаоса — достаточно лишь «приправить» взаимодействие золотым сечением.

Квазикристаллы в сплавах были открыты в 1982 году Дэном Шехтманом, за что он получил Нобелевскую премию. Сегодня их квантовые аналоги обещают стать основой сверхчувствительных датчиков и квантовых компьютеров.

Твёрдое тело, текущее без трения, напоминает «твёрдый свет» из научной фантастики — материю, которая держит форму, но может перетекать.

V_{ij}=V_0 \cos(\pi \alpha i)\cos(\pi \alpha j)
Энергия взаимодействия между частицами на позициях i и j, где V_0 — сила взаимодействия, а \alpha = (\sqrt{5}-1)/2 — иррациональное число, обратное золотому сечению.
Учёные
Jacob BekensteinWilhelm WienSatyendra Nath BosePaul DiracEmilio Gino SegrèLudwig Boltzmann
Понятия
квазикристалл квантовый порядок и беспорядок квантовый временной порядок нелинейное взаимодействие сильное взаимодействие ферми-жидкость фаза Берри квазипериодическая осцилляция золотое правило Ферми квазизвезда квазидвухлетняя осцилляция цветовая сверхпроводимость твердотельный кубит квазичастица энион системы на ридберговских атомах корреляция фазовые флуктуации кварк-глюонная плазма термодинамическая устойчивость