Полярная молекула — это микроскопическая гантель с разнесёнными электрическими зарядами: на одном конце положительный, на другом отрицательный. Такая асимметрия делает их агрессивными: при сближении молекулы либо слипаются, либо разлетаются на большие расстояния, потому что электрические силы между ними очень сильны. Но авторы исследования нашли способ превратить эту неконтролируемую агрессивность в управляемую игру.
Они выбрали два самых нижних энергетических уровня колебаний молекулы — v=0 и v=1 — и объявили их состояниями псевдоспина. Псевдоспин — это квантовый аналог обычного спина, который, как волчок, может быть направлен «вверх» или «вниз». Затем на молекулы надели двойной микроволновый «щит»: излучение на двух частотах окутывает оба состояния, гасит опасные сближения и запрещает тройные столкновения. В результате потери частиц падают в сотни раз.
В обычном газе такая система позволит наблюдать странствия магнитных возбуждений и рождение квантовых капель с вихревыми спиновыми узорами. Если же расставить молекулы по ячейкам оптической решётки — своего рода световой кристаллической решётки, создаваемой интерференцией лазерных лучей, — получится воплотить расширенные модели Хаббарда и t–Jz. Это рабочие лошадки физики твёрдого тела, описывающие поведение электронов в материалах. Теперь их можно будет изучать напрямую, двигая молекулы лазерным пинцетом — сфокусированным лазерным лучом, захватывающим отдельные частицы.
Полярные молекулы могут взаимодействовать на расстоянии, в сто раз превышающем их собственный размер — примерно как два человека, перебрасывающиеся мячом через футбольное поле.