Bosenova: новое явление в квантовой физике, обнаруженное при создании квантовых газов инновационным методом

Эффект, подобный взрыву сверхновой, в лабораторных условиях

Группа исследователей под руководством доцента Шау-Ю Лана с физического факультета Национального университета Тайваня разработала высокоэффективный метод получения квантовых газов, который может значительно улучшить приложения платформ холодных атомов в квантовом зондировании и квантовых вычислениях. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Physics.

Квантовый газ — это новое состояние материи, которое играет важную роль в развитии квантовой науки и технологий. Переход обычного газа в квантовый происходит, когда длина волны де Бройля отдельных атомов превышает расстояние между атомами, что может быть облегчено охлаждением. Ранее все методы создания квантовых газов зависели от испарительного охлаждения, аналогичного охлаждению горячей воды путем её испарения при комнатной температуре. Однако этот метод неэффективен и требует времени для атомных столкновений.

Художественная иллюстрация. Источник: National Taiwan University

Новый метод, разработанный командой профессора Лана, включает захват атомов в трёхмерной оптической решётке, созданной с помощью лазерной интерференции, и использование электромагнитно-индуцированной прозрачности (EIT) вместе с адиабатическим расширением для быстрого охлаждения атомов. Этот метод достигает почти 100% эффективности со скоростью примерно в 100 раз выше, чем у традиционных методов.

«Электромагнитно-индуцированная прозрачность теперь достигает квантового вырождения с высокой эффективностью. Эта инновационная технология имеет значительный потенциал для улучшения приложений платформ холодных атомов в квантовом зондировании и квантовых вычислениях», — заявил доцент Лан.

Кроме того, команда профессора Лана наблюдала явление в сгенерированном квантовом газе, напоминающее взрыв сверхновой, названное взрывом «босеновой» (bosenova) [коллапс и взрыв бозе-эйнштейновского конденсата]. Это имеет существенные последствия для квантового моделирования и исследований физики многих тел.

«Мы наблюдали коллапс квантового газа, где центральная часть представляет собой квантовый газ, сформированный в трёхмерной оптической решётке с помощью электромагнитно-индуцированной прозрачности и адиабатических методов расширения. После коллапса атомы сталкиваются и испускают большое количество атомных струй, образуя структуру, похожую на оболочку», — объяснил доцент Лан.