В журнале Physical Review Letters опубликована работа, в которой описано создание нового класса квантовых состояний. Авторы — группа Нагерла из Университета Инсбрука и физик-теоретик Альвиз Бастианелло из CNRS и Университета Париж-Дофин. Они использовали ультрахолодные атомы цезия, ограниченные одним измерением, и многократно изменяли силу их взаимодействия — от сильного отталкивания до сильного притяжения.

Изображение: ScienceDaily

Обычно при низких температурах фермионы занимают доступные энергетические уровни, формируя так называемое море Ферми. Авторы работы задались вопросом: что произойдет, если заставить атомы циклически проходить через экстремальные условия взаимодействия? Оказалось, что такой цикл не просто нагревает систему, а перестраивает атомы в новое многочастичное состояние с внутренней упорядоченностью.

Полученная фаза демонстрирует осцилляции Фриделя в корреляциях между частицами и характерное затухание на всех уровнях отталкивания. При этом ее свойства отличаются от предсказаний теории жидкостей Томонаги-Луттингера, которая долгое время служила стандартным описанием одномерных квантовых систем. Состояние обладает высокой энергией возбуждения, но при этом сохраняет упорядоченность.

Физики называют это состояние дробным морем Ферми. Они отмечают, что пока не определились с названием для новых квазичастиц, предлагая, возможно, термин «суперфермионы». Открытие демонстрирует, что квантовые симуляторы на холодных атомах позволяют не только воспроизводить известные модели, но и создавать фазы, выходящие за рамки существующих парадигм.