«Шапка-невидимка» – уже реальность

Физики Массачусетского технологического института экспериментально подтвердили эффект «блокировки Паули». Это означает, что человечество научилось делать материю невидимой. Или, лучше сказать, «научилось снова»: ведь сказки ниоткуда просто так не берутся…

«Блокировка Паули» — это квантовое явление, при котором плотный квантовый газ внезапно становится прозрачным. Оно было предсказано более 30 лет назад на основании принципа исключения, сформулированного знаменитым австрийским физиком Вольфгангом Паули в 1925 году: два фермиона не могут занимать одинаковое квантовое состояние.

«Мы наблюдали пример блокировки Паули, которая не дает атому выполнить то, что предписано ему по природе: рассеять свет. Это первое экспериментальное доказательство существования эффекта Паули!» — говорит старший автор исследования нобелевский лауреат Вольфганг Кеттерле, профессор физики MIT.

Принцип Паули относится прежде всего к правилу заполнения электронных оболочек: в одном и том же атоме не может находиться более одного электрона с одинаковым набором четырех квантовых чисел. Помимо распределения электронов на орбитах, принцип исключения применим и к атомам в фермионном газе. Как правило, в газовом облаке атомы имеют достаточное количество свободных энергетических уровней. При столкновении атома газа с фотоном атом перейдет на другой энергетический уровень и рассеет свет. Однако если сильно охладить газ, то атомы заполнят все доступные низкоэнергетические состояния, формируя при этом тип материи под названием Ферми-газ. В такой материи частицы «скованы» друг другом и не могут ни подняться на более высокие энергетические уровни, ни опуститься на более низкие. Как раз когда это невозможно, рассеяние света и подавляется.

Кеттерле образно объяснял это на модели концертного зала, битком набитого зрителями: «Атом может рассеять фотон, только если поглотит импульс, переместившись со своего стула на свободный, но если все остальные стулья в зале заняты, атом утрачивает возможность поглощать удар фотона, а значит – и рассеивать его; таким образом он становится прозрачным».

Теперь вся это теория подтверждена и экспериментально. Сотрудники MIT использовали тщательно откалиброванные лазеры для сжатия и охлаждения газообразного лития до таких температур, которые оказались достаточно низкими для того, чтобы он стал рассеивать на 38% меньшее количество света. При температуре -273 градуса по Цельсию свет бы вообще перестал отражаться, что означало бы НЕВИДИМОСТЬ предмета. Однако до такой температуры (абсолютного нуля) охлаждение произвести не удалось.

Уже сегодня данные эксперимента могут быть использованы для создания светоподавляющих материалов, которые предотвратят потерю информации в квантовых компьютерах. До сих пор они теряли переносимую светом информацию из-за квантовой декогеренции – нарушения связи или схлопывания квантовой функции при взаимодействии с окружающей средой.