Экзотическое состояние материи, известное как противоточная сверхтекучесть, было экспериментально подтверждено учеными. Для достижения этого атомы рубидия были охлаждены до температуры, составляющей приблизительно один нанокельвин.
В 1930-х годах физики обнаружили явление сверхтекучести в жидком гелии. Оказалось, что в определенном состоянии гелий способен двигаться без трения, проникать через узкие капилляры и «переползать» через стенки колб. Данное открытие стало значительным этапом в развитии фундаментальной физики.
В начале 2000-х годов ученые сделали вывод, что подобное поведение свойственно не только гелию, но и конденсату Бозе — Эйнштейна. Данное состояние вещества определяется двумя параметрами: температура конденсата близка к абсолютному нулю, и оно в основном состоит из бозонов — частиц, которым современная физика « разрешает» пребывать в одном квантовом состоянии, если они одинаковы. К бозоном относят фотоны, глюоны и различные квазичастицы. Другому типу частиц, фермионам, к которым относятся электроны и кварки, такое запрещено, они подчиняются другим законам.
Обнаружение сверхтекучести стимулировало прогресс в области низкотемпературных технологий, таких как лазерное охлаждение и рефрижераторы растворения. Эти технологии стали важными инструментами для квантовых симуляций, квантовых вычислений и других связанных областей.
Физики также высказывали предположения о существовании более сложных состояний вещества, основанных на сверхтекучести. Вычисления и теоретические разработки связывали эти состояния с изоляторами Мотта — веществами с кристаллической структурой и свойствами диэлектриков. Теория электрической проводимости предполагает, что они должны проявлять свойства проводников, однако особая электронная конфигурация делает их диэлектриками. Изоляторы Мотта используют в изучении сверхпроводимости.
Исследуя изоляторы Мотта, ученые высказали гипотезу о том, что наличие в составе вещества не одного, а как минимум двух типов атомов может привести к возникновению нового квантового состояния — противоточной сверхтекучести. В случае, если система формируется из однородных частиц, они оказываются «зафиксированными» и не способны, например, к туннелированию и перемещению внутри кристалла. Увеличение числа типов частиц приводит к усложнению взаимодействий в системе.
Противоточность возникает, когда два различных типа атомов «движутся» в противоположных направлениях с одинаковой скоростью. Даже если общий поток атомов равен нулю и перемещение масс и энергий равно нулю, противоток может сохраняться. Он также может быть сверхтекучим, то есть происходить без потерь энергии на трение.
Новое квантовое состояние материи было экспериментально обнаружено китайскими исследователями смогли исследовать противоточную сверхтекучесть с помощью недавно разработанного квантового газового микроскопа и охлажденных до температуры около одного нанокельвина атомов изотопа рубидия-87 с различными свойствами по осям Z и XY, запертых в оптическую решетку. Они описали открытие в журнале Nature Physics.
Авторы работы утверждают, что провели экспериментальное открытие нового состояния материи. Для подобных открытий принципиально важно, чтобы другие научные группы смогли воспроизвести результаты эксперимента и тем самым подтвердить сделанные учеными выводы. Несмотря на то, что публикация в авторитетном научном журнале обычно свидетельствует о тщательной проверке результатов, независимые исследовательские группы могут обнаружить другие физические механизмы, лежащие в основе эксперимента, и сделать иные заключения.