Светлячки вспыхивают в тёмном лесу — видно каждую вспышку, но не видно полёта. Квантовый газовый микроскоп умеет показывать отдельные холодные атомы, как те светлячки. Но до сих пор он не мог сказать, с какой скоростью они движутся.

Теперь учёные нашли способ это исправить. Они предлагают подсвечивать атомы особым образом, чтобы те как бы «отбрасывали тень» на соседние вспомогательные частицы. По этой тени можно восстановить не только место атома, но и его импульс — то есть направление и скорость движения. Это похоже на то, как по кругам на воде можно понять, куда и как быстро плыла рыба.

Авторы предлагают два режима работы такого микроскопа. В первом — «мягком» — прибор измеряет и положение, и импульс сразу, но с ограниченной точностью: неопределённость делится между ними поровну. Во втором — «усреднённом» — прибор очень точно показывает, как в среднем движутся атомы в разных точках пространства, но не отслеживает каждый атом по отдельности.

Такой подход открывает новые возможности для изучения квантовых состояний холодных атомов. Например, можно будет увидеть, как рождаются и исчезают вихри в сверхтекучем газе или как распространяются волны плотности. Это шаг к пониманию самых тонких свойств материи при сверхнизких температурах.