Камень падает в пруд — и по воде разбегаются круги. Длинные волны и короткие движутся с одной скоростью: так ведёт себя обычный звук почти в любой среде. Но в квантовых жидкостях всё может быть иначе.
Физики рассмотрели сверхтекучую жидкость, где частицы движутся по «плоской» энергетической полосе. Это похоже на шоссе без подъёмов и спусков: скорость не меняется, энергия остаётся постоянной. В такой среде коллективные колебания — рябь плотности и спаривания — сливаются в одну необычную волну. Её частота растёт не прямо пропорционально длине волны, а квадратично. Длинные волны становятся очень медленными, почти застывают. Открытие связывает квантовую геометрию — внутреннюю «кривизну» состояний — с макроскопическим движением.
Коэффициент при квадратичном члене зависит от «квантовой метрики». Этот математический объект описывает, насколько сильно состояния в плоской зоне «чувствуют» друг друга на расстоянии. Похоже на пружину: её жёсткость определяет частоту колебаний грузика. Расчёты подтвердились численным моделированием. Результат применим к любым s-волновым сверхтекучим системам с изолированной плоской зоной — от ультрахолодных атомов до экзотических слоистых материалов.
Брошенный камень в таком пруду породил бы не круги, а медленно расползающееся пятно. Словно вода стала гуще только для длинных волн.
Плоские энергетические зоны встречаются в скрученном двухслойном графене — материале, который при повороте слоёв на «магический угол» становится сверхпроводящим.
В романе «Ложная слепота» Питера Уоттса инопланетная жизнь использует квантовые эффекты для обработки информации — подобные экзотические коллективные моды могли бы служить там носителями сигналов.