Физики Калтеха впервые измерили квантовую энергетическую лестницу, предсказанную 40 лет назад

Учёные Калифорнийского технологического института (Caltech) измерили энергетические уровни в синтетической квантовой материи, которые были предсказаны теорией около 40 лет назад.

Исследователи использовали квантовый симулятор: с помощью лазеров они зафиксировали атомы стронция в линию и перевели их в высоковозбуждённые состояния (ридберговские состояния). В результате атомы начали взаимодействовать так сильно, что стали вести себя как единая система, а не как отдельные частицы. Эксперимент проводился при температурах, близких к абсолютному нулю.

Для обнаружения энергетических уровней команда разработала метод спектроскопии модуляции многих тел: учёные слегка возмущали атомную цепь, меняя частоту лазеров, и измеряли реакцию атомов. Сканируя разные частоты и отслеживая пики отклика, они смогли выявить уровни энергии — их сравнивают со ступеньками лестницы. Опыты проводились с цепочками до 35 атомов.

Результаты совпали с предсказаниями двух конформных теорий поля — модели Изинга и трикритической модели Изинга: энергетические уровни действительно выстраивались в точных соотношениях, как и ожидалось. Кроме того, учёные выявили скрытый набор уровней энергии и показали, что изменение поведения атомов на концах цепочки меняет структуру «лестницы» — это тоже соответствовало теории.

В будущем исследователи планируют расширить эксперименты: вместо линейных цепочек они хотят изучать сетки атомов. Это позволит исследовать квантовые системы, поведение которых пока нельзя точно рассчитать, в том числе задачи, непосильные для классических компьютеров. Работа опубликована в журнале Nature.

Источник: ScienceDaily