Квантовая частица бросает вызов закону трения: феномен бездиссипативного движения в одномерной системе экспресс

Оригинал: "Observing dissipationless flow of an impurity in a strongly repulsive quantum fluid"
arXiv:2602.12320 · 2026-02-12 · CC BY 4.0 · 1 мин
В цепочке ультрахолодных атомов чужеродная частица скользит без трения, быстрее звука.

В привычном нам макромире любое движение неизбежно затухает: вмешивается трение — диссипативный процесс, рассеивающий энергию. Но квантовая реальность преподносит сюрпризы. Явление сверхтекучести, известное, например, для гелия при сверхнизких температурах, позволяет жидкости течь без вязкого сопротивления, словно навсегда позабыв о потерях. Долгое время считалось почти аксиомой, что подобное невозможно в одномерной системе — в цепочке частиц, выстроенных в линию. Однако недавний эксперимент перевернул эти представления.

Физики поместили одиночный атом-«чужак» в ряд ультрахолодных атомов, выстроенных подобно бусинкам, нанизанным на невидимую нить. Здесь уместна наглядная аналогия: представьте, что вы проталкиваете одну бусину сквозь плотно прилегающие друг к другу соседки. В обычном мире возникло бы трение, нагрев, беспорядок. Но в квантовой версии перед движущимся атомом мгновенно формируется свободный промежуток, а позади цепочка столь же мгновенно смыкается — без малейшего намёка на сопротивление. Это бездиссипативное скольжение сохранялось даже на сверхзвуковых скоростях.

Самый неожиданный результат касался начального импульса. Интуиция подсказывает: чем медленнее толчок, тем быстрее частица должна застрять. В реальности же наблюдалось обратное: чем медленнее был начальный толчок, тем дольше длилась фаза торможения, прежде чем движение выходило на равномерное бездиссипативное скольжение. Но в итоге движение всегда становилось бесконечным и не требующим подвода энергии. В обычном мире трение порождает тепло и беспорядок — энтропию; здесь же — ни намёка на термодинамическую плату за движение. Это открытие сулит создание устройств, способных передавать информацию абсолютно без потерь, открывая новую главу в низкотемпературной физике и квантовых технологиях.

Если бы вода обрела способность течь без трения, брошенный камень порождал бы вечную рябь, а вода в реке никогда не останавливалась бы.

Учёные
Leo EsakiFred HoyleMargaret BurbidgeJohannes RydbergSatyendra Nath BoseJohn Bardeen
Понятия
квантовая сверхтекучесть квантовое движение без трения сверхтекучая плотность жидкость сверхтекучий вихрь броуновское движение звуковая волна эффект Кондо ультрахолодные атомы препятствие конденсат поток примесь турбулентность безмассовая частица ударная волна конденсат Бозе — Эйнштейна нулевое сопротивление сверхтекучесть нейтронной звезды скорость звука