В лабораториях Инсбрукского университета в Австрии исследователи провели эксперимент, который может изменить наше понимание фундаментальных законов физики.

Ученые охладили около 100000 атомов цезия до температуры, которая лишь на несколько миллиардных долей градуса превышает абсолютный ноль. В таких экстремальных условиях материя ведет себя совсем иначе, чем в привычном макромире, пишет focus.pl.

Атомы были помещены в тысячи наноразмерных трубок, каждая из которых имела диаметр, соизмеримый с размером одного атома. Это позволило создать одномерный квантовый газ - систему с уникальными свойствами. Ключевой момент наступил, когда ученые начали бомбардировать этот газ сериями лазерных импульсов, иногда до сотен повторений.

Согласно классической термодинамике, такое интенсивное энергетическое воздействие должно было бы привести к нагреву системы и росту энтропии - то есть к хаосу. Однако произошло неожиданное: система не разогрелась, а наоборот - стабилизировалась в чрезвычайно упорядоченном состоянии.

Распределение импульсов атомов перестало меняться, что свидетельствует о существовании неизвестного ранее предела для энтропии. Атомы начали двигаться почти синхронно, как будто были квантово связаны между собой.

Это явление получило название «динамическая многочастичная локализация» и проявлялось независимо от силы взаимодействия между атомами. Это открытие ставит под сомнение второй принцип термодинамики, утверждающий, что все физические системы стремятся к термодинамическому равновесию, где энергия распределяется равномерно, а беспорядок возрастает.

Ультрахолодные атомы цезия, напротив, сохранили упорядоченность даже после многократного воздействия энергии. Хотя это не означает полное опровержение термодинамики, результаты имеют большое значение для квантовых технологий.

Одной из главных проблем в создании стабильных квантовых систем является термализация - процесс, который разрушает квантовую когерентность. Новое открытие может помочь преодолеть это ограничение, открывая путь к более эффективным квантовым компьютерам и сенсорам.