Создан «квантовый провод», по которому масса и энергия передаются без потерь

Существует два разных типа процесса переноса: баллистический, при котором частицы движутся свободно, подобно снаряду, летящему по прямой; и диффузионный перенос, возникающий в результате множества случайных столкновений. Теплопроводность — один из таких диффузионных процессов: горячие частицы, встречаясь с более холодными, постепенно обмениваются энергией и импульсом, пока все они не достигнут одинаковой температуры.

В эксперименте, который провели физики Венского технического университета, атомы рубидия в ультрахолодном квантовом газе вели себя совершенно иначе.

«Изучая поток атомов, мы увидели, что диффузия практически полностью подавлена, — сказал Фредерик Мёллер. — Газ ведет себя как идеальный проводник; несмотря на бесчисленные столкновения между атомами, такие величины, как масса и энергия, свободно перемещаются, не рассеиваясь».

Такое необычное поведение можно понять, проведя аналогию с колыбелью Ньютона — игрушкой, состоящей из ряда подвешенных металлических шариков. Когда один шарик оттягивают и отпускают, он бьет по остальным, передавая им свой импульс, и тот шарик, который находится на противоположном краю, отлетает в сторону.

Поскольку атомы рубидия в экспериментальной системе имеют возможность сталкиваться только в одном направлении, их импульсы не рассеиваются, а передаются, как у шариков колыбели Ньютона. Импульс каждого атома сохраняется. Движение в атомной проволоке продолжается без затухания. Импульс и энергия могут распространяться по газу бесконечно, а не рассеиваться, как в обычной материи.

«Эти результаты показывают, почему такое атомное облако не замедляется до тепловой скорости — почему оно не распределяет свою энергию в соответствии с обычными законами термодинамики, — сказал Мёллер. — Изучение переноса в таких идеально контролируемых условиях может открыть новые способы понимания того, как возникает или исчезает сопротивление на квантовом уровне».

Квантовая интерференция возникает в результате взаимодействия фаз системы, которая находится в суперпозиции состояний. Команда физиков из Китая продемонстрировала недавно чисто электрический метод контроля квантовой интерференции в отдельных атомных спинах на поверхности

Источник