Организация экспериментов на ускорителях частиц и коллайдерах представляет собой сложную задачу. Недавно ученые установили, что для проведения исследований не требуется использование масштабных установок и огромного количества частиц — достаточно всего трёх электронов.
«Парадокс кучи», который многим знаком по мультфильму «38 попугаев», поднимает вполне конкретный вопрос: при каком количестве объектов они перестают быть просто набором и превращаются в «кучу». Когда горсть риса становится определенным количеством зерен, табун – группой отдельных лошадей, а редеющие волосы – лысиной?
Ответы на эти вопросы во многом дают социальные науки. Если заходить на территорию точных и фундаментальных наук, стоит переформулировать вопрос. Какие минимальное количество элементов нужно, чтобы они вели себя как единая система? Когда отдельные атомы становятся кристаллом или газом?
Ученые установили, что для возникновения сильного взаимодействия между электронами требуется всего три частицы. Если необходимо воспроизвести поведение сотен миллиардов электронов, количество следует увеличить до пяти. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Ученые разработали коллайдер, предназначенный для столкновения частиц, на базе гетероструктуры арсенида галлия/арсенида галлия-алюминия, легированной кремнием ( GaAs/AlGaAs) методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Внутри структуры были созданы каналы для частиц в форме буквы Y. Система была охлаждена до 25 кельвинов, а затем из точного количества частиц сформировали каплю сильно коррелированных электронов, провели каплю к разделяющейся части маршрута. На этом барьере капля дробилась, а ученые подсчитывали количество и свойства получившихся в результате объектов с каждой стороны Y-образного пути.
Эксперимент продемонстрировал, что три электрона, взаимодействуя друг с другом, проявляют признаки сильно коррелированной кулоновской жидкости и следуют статистике микроскопических систем. По мере увеличения числа частиц до пяти, наблюдается общность свойств, характерных для квантовой жидкости, являющейся макроскопической системой.
Также исследование способствовало определению момента возникновения коллективного поведения электронов. Данное открытие предоставит ученым удешевить изучение сложных состояний вещества — образующейся при столкновения тяжелых ионов кварк-глюонной плазмы и квантовых газов.