Внутри некоторых материалов электрический ток течёт без малейшего сопротивления. Это сверхпроводники, и они работают только при сильном холоде. Оксиды меди — особый случай: они сохраняют сверхпроводимость при температурах повыше, но почему — загадка уже сорок лет.
Физики изучили образец La$_{2-x}$Sr$_x$CuO$_4$ с помощью рентгеновского луча, который рассеивается на электронах и показывает их коллективные движения. Оказалось, что при разных составах и температурах все данные ложатся на одну универсальную кривую. Это как если бы десятки разных дорог в городе вдруг слились в один проспект — значит, в системе есть скрытая точка, где всё сходится. Её называют квантовой критической точкой.
Найденная точка спрятана под «куполом» сверхпроводимости — областью на графике, где материал становится сверхпроводником. Пока купол не убрали, точку не видно. Но рентгеновский луч позволил заглянуть под него. Критический показатель оказался равен 0.74 — это число описывает, насколько быстро затухают флуктуации при удалении от точки. Оно подсказывает: в точке участвуют не только зарядовые волны, но и другие типы порядка, как если бы на перекрёстке встречались сразу несколько улиц.
Понимание этой точки может подсказать, как создавать сверхпроводники, работающие при комнатной температуре. Тогда линии электропередач перестанут терять энергию, а поезда на магнитной подушке станут обыденностью.
Квантовая критическая точка в оксидах меди прячется под областью сверхпроводимости, поэтому её так долго не могли обнаружить — понадобился рентгеновский луч с очень высоким разрешением.
В романе «Задача трёх тел» Лю Цысиня инопланетяне разворачивают протон в многомерную структуру, чтобы манипулировать физикой на квантовом уровне — наша работа тоже заглядывает в скрытые квантовые состояния материи.