Как атомы сами создают неповторяющуюся мозаику ⚡ экспресс
Исследователи изучили смесь двух бозе-конденсатов в скрученной спиновой оптической решётке. При равном числе частиц усиление отталкивания между компонентами переводит систему от обычной четырехкратной симметрии к восьмикратной — это квазикристалл (непериодический, но симметричный узор). Интрига в том, что при умеренном взаимодействии порядок исчезает из-за разделения фаз, но при сильном — возникает снова как долгоживущее метастабильное состояние с новыми импульсными кольцами. Для несбалансированной смеси квазикристаллы не выживают. Моделирование подтверждает: баланс популяций — ключ к стабилизации квантовых квазикристаллов, и их можно наблюдать в эксперименте.
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.