Облако атомов, охлаждённое почти до абсолютного нуля, внезапно начинает вести себя как мозг. Один возбуждённый атом запускает цепную реакцию — соседи «загораются» следом, и по газу бежит лавина активности. Физики называют это ридберговским облегчением: атомы легче возбуждаются, если рядом уже есть возбуждённый. Процесс удивительно похож на то, как нейроны обмениваются электрическими сигналами через синапсы.

В эксперименте чётко разделились две фазы. Поглощающая — где лавины быстро затухают. Активная — где возбуждение поддерживает само себя. В пограничной точке между ними система входит в критическое состояние, такое же, какое подозревают в работающем мозге. Здесь размеры лавин подчиняются степенному закону: маленьких много, больших мало. А их форма становится универсальной. Авторы впервые подтвердили эти признаки критичности в контролируемой физической модели.

Чтобы система не затухала, учёные добавили управляемую накачку — своего рода метаболический ресурс, восполняющий потери атомов. Это позволило удерживать газ в неравновесном стационарном состоянии, как живой организм, который постоянно тратит и восстанавливает энергию. В активной фазе возникали стохастические колебания с редкими, но гигантскими всплесками — так называемыми «лавинами драконов». Такой режим напоминает ритмическую активность нейронных сетей, которая сопровождает обработку информации.

Работа превращает ультрахолодный ридберговский газ в мощный симулятор для нейронаук. Здесь можно настраивать параметры, которые в живых клетках практически неуловимы, и проверять теории о том, как коллективное поведение нейронов рождает сложные функции мозга.