Физики показали, что два принципиально разных класса квантовых частиц — бозоны и фермионы — могут при определенных условиях образовывать устойчивые «квантовые капли», сами удерживающие свою форму. Это опровергает давние представления о таких системах. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).
Устойчивость капли возникает из тонкого баланса квантовых сил: притяжение, стягивающее частицы вместе, точно уравновешивается давлением, которое создают фермионы. Благодаря этому капля не разлетается и не схлопывается, а сохраняет форму — подобно капле обычной жидкости, но по квантовым законам. Обычную каплю удерживает поверхностное натяжение, а квантовую — исключительно эффекты квантовой механики.
Прежние теории могли описывать подобные системы лишь тогда, когда частицы взаимодействовали относительно слабо. Новая работа снимает это ограничение и охватывает более сложные случаи сильного взаимодействия.
По словам ведущего автора, сотрудника Университета Монаша Сэма Фостера, предсказанные капли можно получить уже в существующих экспериментах с ультрахолодными атомами — а значит, теорию удастся проверить в ближайшем будущем.
Более того, расчеты указывают на существование целого набора новых квантовых состояний и переходов, напоминающих переходы между жидкостью и газом. Такие искусственные квантовые системы позволяют изучать сложное поведение вещества в контролируемых условиях, а в перспективе понимание этих состояний может пригодиться для сверхточных датчиков и квантовых вычислений.
Ранее ученые выяснили, что черные дыры старше Вселенной могли дожить до наших дней.