Впервые ученые из Массачусетского технологического института зафиксировали пограничное состояние ультрахолодных атомов натрия, которые ведут себя как электроны в магнитном поле: движутся свободно без трения.
Электроны — элементарные частицы с отрицательным зарядом, обычно свободно движутся сквозь металлы. При встрече с препятствием их движение становится хаотичным из-за трения. В специальных материалах и магнитном поле электроны могут двигаться целенаправленно, притягиваясь к краям материала и беспрепятственно следуя в одном направлении.
В 1980 году во время экспериментов со слоистыми материалами в условиях низких температур специалисты обнаружили, что при пропускании тока через материалы электроны под действием магнитного поля накапливаются и перемещаются к краям материала с одной стороны. Это явление назвали «эффектом Холла».
Способ, которым ток движется под действием магнитного поля, указывает на существование граничных состояний, обнаружить которые очень трудно, — сказал один из авторов нового исследования, физик Ричард Флетчер из Массачусетского технологического института.
Для изучения частиц в переходном состоянии ученые провели исследование. опубликованной в журнале Nature Physics, Разработали более значимую и наблюдаемую систему: создали установку, имитирующую поведение электронов в магнитном поле.
В эксперименте облако из миллиона атомов натрия поместили в ловушку, управляемую лазером, и охладили до температуры нанокельвина. Физики создали «край» — кольцо лазерного света, которое образовало вокруг вращающихся атомов круговую стену. Снимки системы показали, что при столкновении с кольцом света атомы движутся вдоль его края только в одном направлении.
Учёные выяснили, что атомы движутся без замедления, не просачиваются и не рассеиваются по системе. Это красивый, согласованный поток, который остаётся стабильным даже при возникновении на его пути препятствия.
Открытие в физике конденсированного состояния демонстрирует красивое явление, продолжающееся доли секунды и микроны. Авторы исследования считают, что результаты могут способствовать созданию сверхэффективных систем передачи данных и энергии без потерь.