Тяжёлый атом в квантовом море ✛ ✎

Оригинал: "Anderson orthogonality scaling in the Rabi-driven heavy Fermi polaron"
arXiv:2609.09129v1 · 2026-09-08 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Когда атом-тяжеловес качают светом в холодном газе, его отклик подчиняется степенному правилу, открытому полвека назад.

В очень холодном газе из лёгких атомов плавает небольшое число тяжёлых атомов-примесей. Они тяжелее соседей в 22 раза, поэтому почти не двигаются, а лёгкие атомы вокруг них образуют нечто вроде моря. Когда тяжёлый атом освещают лазером, он начинает колебаться между двумя состояниями, как маятник. Скорость этих колебаний называют частотой Раби.

Ферми-море — это газ частиц, которые заполняют все доступные уровни энергии, как жидкость заполняет ёмкость до краёв.

Учёные меняли силу света и смотрели, как меняется частота колебаний. Оказалось, что отношение измеренной частоты к частоте одиночного атома растёт по степенному правилу: чем сильнее свет, тем выше это отношение, и рост описывается показателем, который зависит от того, притягивает примесь окружение или отталкивает. Такое поведение предсказал много лет назад эффект ортогональной катастрофы Андерсона. Раньше его видели только в идеальных расчётах при нулевой температуре и бесконечно тяжёлой примеси, а здесь он проявился в реальном эксперименте при конечной температуре. Значит, эффект достаточно устойчив, чтобы его можно было использовать как инструмент для изучения квантовых жидкостей.

Частота Раби без ферми-моря составляла около 7.62 кГц, а с ферми-морем при слабом возбуждении падала почти вдвое. Энергия Ферми в эксперименте равна 31 кГц, что соответствует температуре 1.49 микрокельвина.

В романе Станислава Лема «Солярис» океан реагирует на воздействие исследователей непредсказуемым образом. Здесь примесь, погружённая в ферми-море, отвечает на когерентное возбуждение степенным законом — коллективный отклик, который невозможно свести к сумме индивидуальных реакций.

\frac{\Omega}{\Omega_0} \propto \left(\frac{\hbar\Omega_0}{E_F}\right)^{\alpha/(2-\alpha)}
Отношение частоты Раби к затравочной зависит от силы возбуждения по степенному закону с показателем, определяемым фазовым сдвигом рассеяния
\alpha = \frac{\delta(k_F)^2}{\pi^2}
Показатель степени выражается через фазовый сдвиг рассеяния на поверхности Ферми