main concepts scientists sections
ПростоПопулярноПодробно

Холодные атомы рисуют узор с запрещённой симметрией ✛ ✎ ✦

Оригинал: "Self-organized quasicrystals and their excitations in dipolar Bose-Einstein condensates via optical feedback"
· Liang-Jun He, Fabian Maucher, Yong-Chang Zhang
arXiv:2607.10141 · 2026-07-11 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Квантовые газы
В ультрахолодном облаке атомов спонтанно возникает структура с симметрией 12-го порядка, невозможная для обычных кристаллов.

В особом состоянии — конденсате Бозе–Эйнштейна — атомы теряют индивидуальность и движутся как единая волна. Предсказали его Шатьендранат Бозе и Альберт Эйнштейн. В такой среде может родиться квазикристалл — узор, где строгая симметрия не требует повторения, словно бесконечная неповторяющаяся мозаика.

Для его создания берут облачко атомов диспрозия — крошечных магнитиков (дипольное взаимодействие). Сквозь него пропускают лазерный луч, отражённый от зеркала, создавая оптическую обратную связь (квантовая оптика и интерференция). Возникают два конкурирующих влияния — магнитное и световое. Они накладываются, как два трафарета с разным шагом, и заставляют атомы выстроиться в узор с симметрией 12-го порядка. Эти волны возбуждения ещё в 40-х годах предсказал Лев Ландау. Расчёт структуры стал возможен благодаря численному моделированию и учёту квантовых флуктуаций.

Этот квазикристалл остаётся сверхтекучим — течёт без трения, хотя обретает жёсткий порядок. Такой гибрид в обычном мире немыслим.

Полученный метод — управляемая платформа для изучения квантовой термодинамики подобных систем. Меняя силу магнетизма атомов или параметры подсветки, можно получать узоры с другой симметрией, например десятиконечные звёзды.

Весь граф →

Обычные кристаллы могут иметь оси симметрии только 1, 2, 3, 4 и 6 порядка — двенадцатилучевая симметрия в периодической решётке запрещена математически.

Фантасты описывали «квазикристаллическую броню» в романе «Кварк» — теперь учёные создают её прообразы в лабораторных условиях.

\varepsilon(k_\perp) = \sqrt{\frac{\hbar^2 k_\perp^2}{2m}\left(\frac{\hbar^2 k_\perp^2}{2m} + 2\rho_{2D} \tilde{U}_{\text{int}}(k_\perp) + 3\gamma_{2D} \rho_{2D}^{3/2}\right)}
Энергия возбуждения зависит от волнового вектора, плотности и фурье-образа полного эффективного взаимодействия – это как ноты для квантовых волн, где малейшее изменение состава оркестра меняет мелодию.
V_{\text{opt}}(r_\perp - r_\perp') = \hbar \tilde{\gamma} \cos\left(\frac{k_l}{4d} |r_\perp - r_\perp'|^2\right)
Потенциал оптического происхождения осциллирует с поперечным расстоянием, создавая «решётку» из света: k_l — волновое число лазера, d — расстояние до зеркала, а параметр \tilde{\gamma} задаёт силу световой кисти.
Учёные
Satyendra Nath BoseAlbert EinsteinFelix BlochJohn Bardeen
Понятия
конденсат экситонов квазичастица статистика Бозе — Эйнштейна конденсат Бозе — Эйнштейна квазикристалл квазизвезда полярон теорема Голдстоуна уравнение Гросса-Питаевского поляритон возбуждение моды Майораны бозон столкновение пузырей квантовый точечный контакт