Пять заряженных атомов кальция парят в ловушке, удерживаемые электрическими полями. Лазерное охлаждение забирает у них лишнюю энергию, и они выстраиваются в крошечную пирамиду с квадратным основанием. Но эта пирамида не стоит на месте: время от времени она переворачивается, как будто кто-то подбрасывает её вверх и ловит вверх ногами.
Скорость переворотов зависит от того, насколько легко ионам преодолеть энергетический барьер. Для пяти одинаковых ионов барьер невысок, потому что ионы неразличимы: любой из них может оказаться на вершине. Но если верхний ион заменить на более тяжёлый изотоп кальция, картина меняется. Тяжёлый ион уже не может так легко поменяться местами с лёгкими, и пирамида переворачивается гораздо реже.
Такой же эффект известен в химии: если в молекуле заменить атом на более тяжёлый изотоп, реакция замедляется. Здесь то же самое, но в масштабе нескольких ионов, удерживаемых в ловушке. Это открывает путь к изучению коллективных движений в системах, где важна симметрия и различие между частицами.
Переворот пирамиды из пяти ионов напоминает выворачивание зонтика на сильном ветру: сначала купол вдавливается внутрь, а потом резко распрямляется в другую сторону.