Как «попкорн» из атомов показал квантовый мотор ✛ ✦

Оригинал: "Quantum-enabled active matter at the atomic scale"
arXiv:2606.24615 · 2026-06-23 · CC BY-SA 4.0 · 1 мин
Учёные заставили атомы двигаться, как зёрна попкорна в горячем масле, — с помощью квантовых столкновений.

Физики создали кастрюлю для квантового попкорна: облако атомов рубидия, охлаждённое до единого квантового состояния — холоднее космоса. Брошенные туда атомы цезия, словно зёрна, при столкновениях «лопались» от внутренней энергии. Обмен спином — магнитным моментом — высвобождал её, как пар в зерне. Так цезий разгонялся, обходя обычный рост беспорядка.

Этот квантовый «мотор» работает по правилам микротермодинамики, где частицы пребывают в нескольких состояниях сразу и проявляют двойственность — идеи Эйнштейна, Больцмана и Шрёдингера.

Моделирование на суперкомпьютере подтвердило точность.

Сюрприз: хотя «кастрюля» ледяная, зёрна-атомы мечутся, как в кипящем масле. Постепенно движение стихает — сказывается квантовая забывчивость, но сверхчуткие приборы засняли каждый скачок. В будущем такие прыжки пригодятся для атомной электроники.

Температура облака (460 нК) в миллионы раз ниже космического фона, но цезий внутри мечется с энергией комнатной температуры — контраст, который ставит в тупик.

Q = -\Delta m_f (g_{f,\mathrm{Cs}} - g_{f,\mathrm{Rb}}) \mu_B B
Дельта m_f — изменение проекции полного углового момента, g_f — факторы Ланде, mu_B — магнетон Бора, B — магнитное поле
\sigma_{\mathrm{se}} = \frac{4\pi\beta}{k(1 + k^2|a|^2 + 2k\beta)} \propto \frac{1}{k}
При k -> 0 сечение расходится как 1/k, но частота столкновений остаётся конечной
Учёные
Enrico FermiPaul DiracSatyendra Nath BoseAlbert EinsteinWolfgang PauliErwin Schrödinger
Понятия
активная материя квантовое взаимодействие света и вещества ядерный спин квант действие кинетическая энергия динамический эффект Казимира взаимодействие обмен энергией спин нейронная активность орбитальное движение атомное облако атом искусственный атом углерод-13 ион иттербия атомный переход динамика протонов заряженная частица