Если долго трясти коробку с песком, на нём появляются узоры — их не было, пока коробка стояла. Так и здесь: физики взяли облако холодных атомов, заперли их в световую решётку и начали периодически встряхивать. От этого у атомов возникло новое состояние — как новый узор на песке, которого не бывает без тряски. Такие состояния называют топологическими фазами.

В работе использовали два «мотора» с разными частотами. Первый заставлял атомы прыгать между соседними ячейками решётки, а второй управлял знаком этих прыжков — как будто менял направление вращения калейдоскопа. Учёные подобрали фазу между моторами так, чтобы две «щели» в энергетическом спектре (промежутки, где атомам запрещено находиться) закручивались в одну или в разные стороны. Когда закрутки складывались, получалась фаза с большим числом витков; когда вычитались — щели оставались, но с другими индексами.

Чтобы увидеть результат, атомы ненадолго «подсвечивали» лазером и смотрели, как меняется их внутреннее состояние. Так удалось измерить закрученность обеих щелей по отдельности. Оказалось, можно точно настроить, сколько раз энергетическая зона оборачивается вокруг своей оси, просто меняя сдвиг между двумя частотами.

Это как научиться дирижировать оркестром, где каждый музыкант играет в своём темпе, но вместе они создают гармонию. Теперь у физиков есть ручка настройки, чтобы создавать и изучать экзотические квантовые состояния, которых в спокойной системе не существует вовсе.