Chlad dělá zázraky.
Pokud látku ochladíte téměř na absolutní nulu, přestanou fungovat obvyklé fyzikální zákony. Elektrony se začnou pohybovat bez odporu, atomy jsou schopny šplhat po stěnách jako pavouci. Vše se stává nejasným a nepodřizuje se newtonovské logice, ale kvantové statistice.
Tento mikroskopický svět se dělí na dva tábory: bosony a fermiony.
Bosony, jako jsou fotony, jsou skutečnými společenskými zvířaty. Jsou schopny se shlukovat, zabírat stejný prostor a chovat se jako jediná koherentní vlna. Fermiony? Takhle to s nimi nepůjde. Pauliho vylučovací princip jim brání být ve stejném kvantovém stavu. Každý elektron musí zůstat ve svém „pruhu“. Právě toto pravidlo zachraňuje neutronové hvězdy před zhroucením do černých děr – poměrně značná odpovědnost za tak malé omezení.
Ale co když se pokusíte tato pravidla porušit?
Fyzici chtěli pochopit, co by se stalo, kdyby atomy byly nuceny rychle přepínat mezi způsoby vzájemného odpuzování a přitažlivosti.
“Co se stane, když donutíte interagující atomy, aby neustále procházely extrémními podmínkami?”
Pro experiment vzal Alvise Bastanello a jeho tým asi 70 000 atomů cesia. Byly ochlazeny na nanokelviny. Ochladilo se tak, že se atomy přestaly chovat jako jednotlivé částice a začaly se chovat jako jediný, rozmazaný celek – plyn Bose.
Tento plyn byl umístěn do laserových pastí, omezujících jeho pohyb pouze na jeden rozměr. A pak přišel klíčový okamžik.
Systém začal být ovlivňován impulzivně: odpuzování, přitažlivost, odpuzování, přitažlivost. Znovu a znovu.
Výsledkem kupodivu nebyl chaos.
Takový příliv energie obvykle ohřívá systém a způsobuje chaotické rozptylování částic. Ale tady se stalo něco jiného: atomy se samy zorganizovaly a přešly do neočekávaného stavu – frakčního Fermiho moře.
Přemýšlejte o tom. Fermiony se nemohou navzájem překrývat; zůstávají odděleni. Bosony se naopak mohou „překrývat“. Tento nový stát je něco mezi tím. Kvantové stavy jsou vyplněny pouze částečně a vytvářejí jakýsi glitchy hybrid, který je pravděpodobně schopen existovat pouze v takových multidimenzionálních pastích.
Yi Zeng, který vedl výzkum v Innsbrucku, to nazývá novým multikvantovým stavem.
“Namísto pouhého zahřívání systému,” vysvětluje Zeng, “cyklus interakce způsobuje jeho reorganizaci.”
Hanns-Christoph Nagerl poznamenává, že příkaz je skrytý, ale je tam. Je to vidět na vlnách v datech: Byly pozorovány Friedelovy oscilace – nezvratný důkaz, že nejde jen o náhodný šum. Toto je struktura. Křehký, složitý řád zrozený z opakovaných narušení stability.
Vědci ještě ani nevědí, jak nazývat kvazičástice zapojené do procesu. “Super fermiony?” Nagerl vtipkuje.
Možná.
Proč je to všechno potřeba?
Protože to narušuje existující paradigmata. Většina simulací pouze reprodukuje jevy, které již známe. Tato stejná instalace vytvořila stav, o kterém se dosud v učebnicích nepsalo. To naznačuje, že kvantové simulátory dokážou víc než jen napodobovat přírodu: dokážou „vynalézt“ novou fyziku a pomáhají pochopit, jak z kvantové polévky vzniká realita.
Dalším krokem na obzoru budou pravděpodobně přesnější kvantové senzory. Nebo bezpečnější šifrování. Nebo materiály, o kterých se nám dosud nesnilo.
V tuto chvíli mají vědci moře, které nemělo existovat. A jejich výzkum není zdaleka dokončen.
