Прорив у квантовій фізиці: вчені вперше створили нову екзотичну форму матерії

03 липня 2026 р. 12:24

03 липня 2026 р. 12:24

Міжнародна група фізиків експериментально створила нову екзотичну форму квантової матерії, яку назвали “дробовим морем Фермі” (fractional Fermi sea). Відкриття може розширити уявлення про поведінку матерії за екстремально низьких температур і відкрити нові можливості для розвитку квантових технологій , пише ScienceAlert .

Новий стан матерії вдалося отримати під час експериментів з ультрахолодними атомами цезію, охолодженими лише на кілька нанокельвінів вище абсолютного нуля (-273,15 °C). За таких температур квантові ефекти починають домінувати над звичайною фізикою, атоми втрачають свою індивідуальність та поводяться як єдина квантова система, утворюючи так званий Бозе-газ .

Після цього вчені помістили близько 70 тисяч атомів цезію в одновимірні трубки, сформовані двовимірною оптичною решіткою з лазерів. Далі вони багаторазово змушували атоми переходити від сильного взаємного відштовхування до сильного притягання. Саме така циклічна зміна взаємодій призвела до появи нового квантового стану — дробового моря Фермі. Результати дослідження опублікували в журналі Physical Review Letters.

На відміну від звичайного “моря Фермі”, де ферміони займають доступні квантові стани відповідно до принципу виключення Паулі , у новій формі ці стани можуть бути заповнені лише частково. Дослідники зазначають, що отримане дробове море Фермі має незвичні властивості. Попри високу енергію системи, циклічні зміни взаємодії не призводять до хаотичного руху атомів або нагрівання, а навпаки — впорядковують їх.

“Замість того, щоб просто нагрівати систему, цикл взаємодії реорганізує атоми в новий багаточастинковий стан”, — зазначив провідний автор роботи, фізик Університету Інсбрука Ї Цзен.

Під час дослідження вчені також зафіксували характерні коливання Фріделя — особливий тип квантових хвиль, який вони називають ключовим доказом існування дробового моря Фермі. Керівник дослідження, професор експериментальної квантової фізики Університету Інсбрука Ганс-Крістоф Негерль зазначив, що новий стан матерії залишається незвичайним навіть для самих дослідників.

“Ми ще не впевнені, як нам назвати ці нові квазічастинки. Можливо, “суперферміони”?” — припустив Негерль.

Автори дослідження вважають, що відкриття допоможе краще зрозуміти фундаментальні властивості квантових систем і механізми, завдяки яким із квантового світу виникає звична макроскопічна реальність. Крім фундаментальної науки, новий підхід може знайти застосування у квантових обчисленнях, високоточних вимірюваннях, матеріалознавстві, біомедицині та технологіях шифрування.

“Відкриття дробових морів Фермі демонструє, наскільки далеко ми можемо просунутися у квантовому моделюванні: не лише відтворюючи відомі моделі, а й створюючи та досліджуючи стани, що виходять за межі усталених парадигм”, — підсумував Негерль.

На початку весни цього року вчені оголосили про відкриття нової субатомної частинки Xi-cc-plus. Вона стала першою знахідкою після завершення модернізації Великого адронного колайдера у 2023 році та вже 80-ю частинкою, виявленою на цьому прискорювачі.

Політика