В лаборатории Университета Инсбрука впервые получили и исследовали одномерные квантовые структуры, предсказанные ещё в 1931 году нобелевским лауреатом Хансом Бете. Струны Бете создали из ультрахолодных атомов цезия. Работой руководил квантовый физик Ханнс-Кристоф Нэгерль, а теоретическую поддержку оказали коллеги из Амстердамского университета и Мюнхенского технического университета. Результаты опубликовал журнал Nature Communications. Об этом сообщает портал Science XXI.
Облако цезия охладили почти до абсолютного нуля: от него температура отставала на считанные миллиардные доли градуса. Затем атомы развели по тысячам очень узких трубок. Двигаться внутри каждой частицы могли практически лишь в одном направлении — так получилась одномерная среда, без которой струны не возникают.
Учёные регулировали силу взаимодействия между атомами, заменяя отталкивание притяжением. Частицы объединялись в связанные состояния разных размеров, некоторые кластеры включали шесть и более атомов. Держат такие структуры не химические связи, а взаимодействие частиц. В трёхмерном мире они существовать не могут.
Устойчивость проверяли, позволяя атомам расширяться внутри трубок. Струны сталкивались друг с другом и при этом не разрушались. Милена Хорват, один из ведущих авторов, назвала это свойство замечательным: структуры выдерживают столкновения и не распадаются.
Потом ограничение сняли, и атомы свободно распространились в трёхмерном пространстве. Связанные состояния распались, а удерживавшая частицы энергия перешла в движение и ускорила разлёт. Сравнение двух вариантов расширения позволило обнаружить струны: у несвязанных атомов энергия в обоих случаях почти не отличалась, тогда как при наличии струн трёхмерный разлёт давал дополнительный выброс энергии. Судипта Дхар, ещё один ведущий автор, отметил, что теперь структуры можно создавать в лаборатории, управлять ими, сталкивать их и изучать устойчивость. Прежде струны Бете встречались в твёрдотельных магнитных системах, а новый эксперимент перенёс их изучение в ультрахолодный газ, где геометрию, плотность частиц и взаимодействия контролируют с высокой точностью. Поддержку оказали Австрийский научный фонд FWF, Евросоюз и британский Совет по инженерным и физическим наукам; Хорват участвует в докторской программе FWF «Атомы, свет и молекулы» (DK-ALM).