Попри загадковість законів квантового світу, іноді експерименти дарують нам явища, які одночасно виглядають неземними і водночас знайомими. Саме так сталося в новому дослідженні, коли вчені зафіксували явище, схоже на дощ, у квантовій рідині.
Дослідники з Італії та Іспанії вперше побачили, як квантова рідина — суміш ізотопів калію-41 і рубідію-87 — розпадається на краплі в явищі, яке вони назвали «квантовим дощем».
«Наші вимірювання не лише розширюють розуміння цієї екзотичної фази рідини, але й відкривають можливість створення масивів квантових крапель для майбутніх застосувань у квантових технологіях», — зазначив Лука Кавіккьолі з Національного інституту оптики в Італії.
💧 Класична фізика зустрічає квантову
Так само, як краплі дощу зливаються й розбиваються на склі внаслідок гравітації та поверхневого натягу, квантові краплі зазнають схожих перетворень — але в межах абсолютно іншої фізичної реальності. У звичайних рідинах це явище відоме як нестабільність Плато–Релея, яка змушує більші краплі ділитися або навпаки — зливатися в одну.
У квантовому газі все складніше. Атоми втрачають свою «особистість», перетворюючись на єдину хмару з невизначеним положенням — бозе-конденсат. Але навіть у цій формі виникають мікроскопічні флуктуації, які створюють напругу в системі. Цей ефект відомий як корекція Лі-Хуан-Янга.
Саме ця напруга і викликає тимчасову появу квантових крапель, які у новому дослідженні вдалося спостерігати у вигляді каскаду — «квантового дощу».
🌊 Як створили квантовий дощ?
Дослідники охолодили суміш атомів до наднизьких температур і помістили її в канал, що діє як хвильовий гід — своєрідний «мікропотік» для квантової рідини. У результаті цього відбувалося фрагментування рідини на краплі.
«Ми описали розпад квантової краплі через призму капілярної нестабільності — явища, добре відомого для класичних рідин, але раніше не спостереженого в атомних газах», — пояснює фізик К’яра Форт з Університету Флоренції.
Ці спостереження підтвердили теоретичні прогнози і можуть відкрити шлях до нових квантових технологій — зокрема, в області точних сенсорів, симуляцій і обчислень.
🧠 Чому це важливо?
- Це перше спостереження фрагментації квантової рідини у вигляді крапель, аналогічних до дощу.
- Явище демонструє паралелі між класичною гідродинамікою та квантовими системами.
- Дослідження відкриває нові можливості для створення квантових масивів крапель, які можуть застосовуватись у майбутніх обчислювальних чи сенсорних системах.
Це дослідження було опубліковано в журналі Physical Review Letters.