Бросьте горсть гороха в кастрюлю с манной крупой — горошины быстро утонут, расталкивая крупинки. Но если сделать крупу очень густой и липкой, горошины застрянут. Примерно так вели себя лёгкие атомы лития в облаке тяжёлых атомов калия при температуре в миллионные доли градуса выше абсолютного нуля.
Обычно частица в газе движется как пьяный пешеход: шаг влево, шаг вправо, и в среднем уходит от старта всё дальше. Это называется диффузией. Но в этом опыте лёгкие атомы двигались иначе: с понижением температуры их уход от начальной точки замедлялся сильнее, чем положено. Часть атомов вообще перестала перемещаться, хотя сталкивалась с тяжёлыми соседями сотни раз.
Объяснение даёт квантовая механика: волны, описывающие атомы, накладываются друг на друга и гасят движение в одних местах, усиливая в других. Тяжёлые атомы калия играют роль почти неподвижных рассеивателей, создавая для лёгких запутанный лабиринт без стен. Такое поведение не укладывается в привычную модель жидкости из независимых частиц, но хорошо описывается картиной случайного блуждания по застывшему беспорядку.
Этот опыт — чистый полигон для изучения того, как квантовые помехи останавливают движение. Подобные эффекты важны для понимания проводимости в неупорядоченных материалах и, возможно, для будущих квантовых устройств, где нужно управлять потоками частиц.
Атомы лития и калия в этом опыте в миллиард раз холоднее комнатной температуры — при таком холоде их волновые свойства становятся главными, и они ведут себя не как шарики, а как размытые облачка.
Застывание частиц в случайном беспорядке напоминает сюжет «Зоны смертельной тишины» из научной фантастики, где герои застревают в аномальной области, теряя способность двигаться.