Как атомы сами создают неповторяющуюся мозаику ⚡ экспресс
Исследованы основное и метастабильные состояния бинарного бозе-конденсата с отталкивательным взаимодействием в скрученной спин-зависимой оптической решётке. Для сбалансированной смеси при слабой связи возникает четырёхкратная симметрия в импульсном пространстве, определяемая геометрией решётки. С ростом взаимодействия появляются дополнительные пики, формирующие восьмикратно-симметричный узор — признак квазикристаллического порядка. При промежуточных силах глобальное разделение фаз подавляет этот порядок, однако усиление связи приводит к локальному разделению и долгоживущей метастабильной фазе с восстановленной восьмикратной симметрией и вторичным кольцом пиков на меньших волновых векторах, что указывает на кроссовер от решёточного к взаимодейственному режиму. В несбалансированных смесях квазикристаллические кластеры с восьмикратной апериодической структурой возникают лишь при умеренной связи; более сильное взаимодействие вызывает необратимую глобальную сепарацию. Численные расчёты в реальном времени подтверждают динамическую устойчивость этих структур и их экспериментальную доступность.
Обычная плитка укладывается в повторяющийся рисунок. Но атомы способны на большее: при определённых условиях они сами выкладывают сложную мозаику, где узор никогда не повторяется, как на старинных изразцовых панно.
В недавнем опыте два сорта атомов, охлаждённых до состояния общей волны (это явление предсказал Эйнштейн), заперли в перекрестье лазерных лучей. Когда их взаимное отталкивание стало сильным, наблюдения за свечением и импульсные замеры выявили узор с восьмикратной симметрией. Это признак квазикристалла — структуры, где порядок есть, но он не повторяется, в отличие от кристаллической решётки.
Обычный кристалл, как обои, состоит из одинаковых ячеек. Квазикристалл же подобен мозаике, где ни один фрагмент не повторяется в точности, но общий рисунок гармоничен. Устойчивость такой атомной мозаики требует равного числа атомов обоих сортов. Малейший перекос разрушает узор. С точки зрения меры беспорядка система сначала теряет регулярность, но затем находит более изощрённый способ упаковки. Самое неожиданное: подобные узоры, считавшиеся математической абстракцией, были впервые обнаружены в метеоритном веществе, а теперь их создают в лаборатории одним лишь светом и холодом.
🎯 Восьмилучевая симметрия запрещена для обычных кристаллов, поэтому квазикристаллы, впервые полученные в 1982 году, стали научной сенсацией. Позже такие структуры нашли в метеоритах, показав, что природа умеет создавать невозможное.