Физики заставили бозоны вести себя как частицы другого класса — фермионы

Иллюстрация демонстрирует переход от потенциальных ям к «потенциальным рвам». Credit: E. Edwards/JQI

В новой работе исследователи создали модель двумерной решетки, в которой поведение элементарных частиц одного класса — бозонов — больше походило на поведение частиц иного класса — фермионов.

Модель описана учеными из США и Австралии в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

Все частицы, изучаемые в квантовой физике, можно разделить на бозоны или фермионы в зависимости от того, обладают ли они целым или полуцелым значением спина, соответственно. Для описания каждого из классов частиц подходит своя статистика, и отличительной особенностью бозонов является то, что в одном и том же квантовом состоянии одновременно могут находиться сколько угодно частиц. Фермионам, напротив, это строго запрещено. К фермионам относятся, например, электроны, и поэтому при заполнении электронных оболочек атомов соблюдается принцип Паули. К бозонам относятся фотоны — кванты электромагнитного излучения, бозон Хиггса и другие.

Для описания сложных квантовых систем, содержащих большое число частиц, ученые используют так называемые квазичастицы. Это не существующие в реальности гипотетические частицы, введенные для упрощения описания системы. В новом исследовании ученые создали двумерную оптическую решетку на основе бозонов и лазера. Пересекаясь, лучи лазера создавали стоячие волны — периодические ямы и пучности. В простейшем случае ультрахолодные бозоны «падают» на дно потенциальных ям, формируя так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна. Для того чтобы получить более сложное состояние материи, ученым пришлось изменить решетку.

Оказалось, что качественно изменить поведение бозонов можно с помощью решетки, в которой вместо потенциальных ям появились бы «потенциальные рвы». Достичь такого эффекта удалось при наложении колебаний на обычную решетку. При этом частота должна тщательно подбираться для каждого типа бозонов. В новой структуре бозоны не формировали конденсат, и их поведение описывалось фермионной статистикой. При этом не происходит физического превращения частиц одного класса в другие.
Теги:

Читать еще на Чердаке: