Ученые обнаружили квантовый эффект, который блокирует рассеивание света атомами

Когда все доступные квантовые состояния заполнены, ультрахолодные атомные облака становятся более прозрачными. Об этом сообщает портал ScienceNews.

Если гость в мотеле хочет сменить номер, ему не повезло. Отсутствие свободных комнат означает, что нет другого выбора, кроме как оставаться на месте. Точно так же в новых экспериментах атомы, запертые в тесноте, не имеют возможности переключить свои квантовые состояния. Это ограничение означает, что атомы не рассеивают свет, как обычно, сообщают в газете Science от 19 ноября. Этот эффект был предсказан более трех десятилетий назад, но сейчас он был замечен впервые.

В нормальных условиях атомы легко взаимодействуют со светом. Посветите лучом света на облако атомов, и они рассеют часть этого света во всех направлениях. Этот тип светорассеяния — обычное явление: оно происходит в атмосфере Земли. «Мы видим небо синим из-за рассеянного солнечного излучения», — говорит Яир Маргалит, входивший в команду Массачусетского технологического института, проводившую один из экспериментов.

Но квантовая физика выходит на первый план в ультрахолодных плотных атомных облаках. «То, как они взаимодействуют со светом или рассеянным светом, отличается», — говорит физик Амита Деб из Университета Отаго в Данидине, Новая Зеландия, соавтор другого исследования.

Согласно правилу, называемому принципом исключения Паули, атомы в экспериментах не могут принимать одно и то же квантовое состояние, а именно, они не могут иметь такой же импульс, как другой атом в эксперименте. Если атомы упаковать вместе в плотное облако и охладить почти до абсолютного нуля, они перейдут в квантовые состояния с самой низкой энергией. Эти состояния с низким энергопотреблением будут полностью заполнены, как мотель без открытых комнат.

Чтобы наблюдать данный эффект, специалисты излучали свет через облако атомов лития, измеряя количество рассеянных лучей. Затем команда снизила температуру, чтобы атомы заполнили самые низкие энергетические состояния, подавляя рассеяние света. При падении температуры атомы рассеивали на 37 процентов меньше света, что указывает на то, что многие атомы не могли распространять лучи.