Физики обнаружили семь экзотических квантовых состояний материи в сверхохлаждённых магнитных атомах
В мире квантовой физики существуют формы вещества, не имеющие аналогов в повседневной жизни. Новое экспериментальное исследование позволило впервые одновременно наблюдать сразу семь таких экзотических квантовых состояний — фаз материи, которые возникают только при сверхнизких температурах в сверхохлаждённых газах из магнитных атомов.
Что такое квантовые фазы и почему их изучают
Когда вещество охлаждается до температур, близких к абсолютному нулю (-273,15 °C), квантовые эффекты начинают доминировать над тепловыми. Атомы перестают вести себя как отдельные шарики и начинают вести себя как волны, которые могут интерферировать — усиливать или гасить друг друга. В этих условиях возникают удивительные состояния, не имеющие аналогов в классическом мире: сверхтекучесть, сверхпроводимость, квантовые спиновые жидкости, топологические изоляторы.
Для магнитных атомов — таких как эрбий, диспрозий или хром, обладающих большим магнитным моментом — квантовые взаимодействия оказываются особенно богатыми. Изменяя магнитное поле, температуру или плотность атомного газа, исследователи могут «переключать» систему между разными квантовыми состояниями.
Семь фаз в одном эксперименте
Новое исследование (phys.org, июнь 2026) сообщает о наблюдении целого спектра квантовых фаз в ультрахолодном газе магнитных атомов эрбия. Систематически варьируя параметры взаимодействия, авторы проследили переходы между семью различными квантовыми состояниями:
— Обычной бозе-эйнштейновской конденсатной фазой (BEC), в которой атомы образуют единое квантовое состояние — Суперсолидным состоянием, сочетающим свойства кристалла и сверхтекучей жидкости — Несколькими типами дипольных фаз с различными пространственными упорядоченностями — Экзотическими несвязанными состояниями, предсказывавшимися теорией
Ключевое достижение в том, что все семь фаз наблюдались в единой экспериментальной системе при систематическом изменении параметров. Это позволяет построить полную «фазовую диаграмму» магнитного бозе-газа — своего рода карту того, при каких условиях возникает то или иное экзотическое состояние.
Значение для квантовых технологий
Изучение экзотических квантовых фаз имеет двойную ценность. С фундаментальной точки зрения это расширяет понимание природы квантовой материи и проверяет теоретические предсказания на практике. Открытые в 2026 году квантовые фазы могут быть предшественниками явлений, ещё не полностью изученных в твёрдом теле.
Читайте также по теме: необычных состояниях вещества.
С прикладной точки зрения ультрахолодные атомарные системы рассматриваются как перспективная платформа для квантовых симуляторов — устройств, которые моделируют сложные квантовые системы. В частности, суперсолидные состояния, в которых материя одновременно обладает кристаллической структурой и сверхтекучими свойствами, считались экзотической теоретической возможностью до их экспериментального обнаружения в 2019 году. Нынешняя работа продолжает систематическое картирование пространства квантовых состояний, доступных в магнитных газах.
