Танцпол заполнен людьми: каждый движется сам по себе, никто не держится за руки. Вдруг музыка становится громче и ритмичнее — соседи начинают хвататься друг за друга, образуя пары, которые кружатся синхронно. Примерно так выглядел эксперимент в лаборатории, где облако атомов лития, охлаждённых почти до абсолютного нуля, заставили резко усилить взаимное притяжение.
Атомы в этом газе вели себя как электроны в некоторых материалах, способных становиться сверхпроводниками. До толчка они были свободны и хаотичны — учёные называют такое состояние ферми-жидкостью (обычная жидкость из частиц, подчиняющихся статистике Ферми). После резкого усиления связи между ними возникли пары, но не такие, как в настоящем сверхпроводнике: они ещё не слились в единый квантовый ансамбль, а напоминали скорее танцоров, которые только взялись за руки и ищут общий ритм. Это так называемая псевдощелевая фаза — состояние с готовыми парами, но без сверхтекучести.
Чтобы разглядеть эти пары, исследователи применили хитрый приём: они заставили пары объединяться в более плотные сгустки — дублоны (два атома на одном месте). Эти дублоны, словно метки, показали, где находились центры масс исходных пар. Детекторы, способные различать отдельные атомы, зафиксировали, как в газе возникли волны зарядовой плотности — чередование областей с повышенной и пониженной концентрацией частиц. Раньше такие волны были едва заметны, но после толчка их видимость резко возросла, особенно в той области, где притяжение было сильным, а пары — нелокальными, то есть атомы в них находились не в одной точке, а на расстоянии друг от друга.
Этот метод открывает путь к наблюдению более экзотических форм парного порядка, например, в системах, где спины атомов не сбалансированы (один сорт атомов преобладает над другим). В таких условиях могут возникать необычные типы сверхтекучести, которые трудно получить в твёрдых телах. Более того, похожий подход можно применить к другой модели — отталкивающей модели Хаббарда (где частицы не притягиваются, а отталкиваются), чтобы увидеть полосовые структуры, напоминающие волны зарядовой плотности в высокотемпературных сверхпроводниках.
как её написали авторы, на английском arXiv:2605.14909
We observe an enhanced visibility of charge-density-wave correlations in a cold-atom realization of the attractive Hubbard model following a rapid boost of the interaction strength. The interaction boost associates nonlocal pairs into doublons which mark the center of mass of the original pairs. The enhancement is largest in the strongly correlated regime where pairing is nonlocal. We distinguish the unpaired Fermi liquid from the pseudogap phase of preformed pairs by analyzing atom-resolved spin-charge correlations after the ramp. The technique we establish here may facilitate the observation of exotic forms of pair order in spin-imbalanced systems, and of stripe order in the dual case of the doped repulsive Hubbard model.
Температура в эксперименте была около 100 нанокельвинов — это в миллиард раз холоднее комнатной, всего на стотысячную долю градуса выше абсолютного нуля.
В романе «Ложная слепота» Питера Уоттса инопланетяне используют квантовые эффекты для обработки информации — подобные манипуляции с холодными атомами могут стать основой для моделирования их сознания.