Эксперимент с ультрахолодными атомами стронция подтвердил предсказания модели Изинга, которые десятилетиями оставались лишь расчётами
22 августа 2026, 16:41Наука и космосDarth Sahara0
Физики из Калифорнийского технологического института, Университета Париж-Сакле и Мюнхенского технического университета впервые провели экспериментальные измерения универсального поведения квантовой системы вблизи критической точки.
Исследователи не только зафиксировали переход между двумя состояниями, но и измерили характерный набор энергетических уровней, продемонстрировав его соответствие предсказаниям квантовой теории.
Критическая точка — это граница, на которой система переключается из одного состояния в другое. В классической физике примером может служить превращение воды в пар. В квантовых системах такой переход может быть вызван изменением параметров взаимодействия между частицами. При приближении к критической точке наблюдается интересный эффект: детали конкретной системы становятся менее значимыми, а её поведение начинает следовать общим закономерностям. Это свойство называется универсальностью, и математически оно описывается конформными теориями поля.
В ходе эксперимента команда создала квантовый симулятор — устройство, позволяющее воспроизводить поведение сложной квантовой материи с помощью отдельных контролируемых атомов. Оптические пинцеты выстраивали в ряд атомы стронция, после чего лазеры переводили их в ридберговские состояния. В этих состояниях внешний электрон находится значительно дальше от ядра, что приводит к сильному взаимодействию между соседними атомами. Настраивая параметры системы, физики приближали цепочку к квантовой критической точке.
После этого команда фактически измерила «лестницу» энергетических состояний системы. Для этого исследователи разработали метод модуляционной спектроскопии: на цепочку воздействовали лазерным излучением различных частот и фиксировали её ответ. Пики отклика указывали на переходы между энергетическими уровнями, а расстояния между ними могли быть сопоставлены с теоретическими расчетами. Экспериментальные результаты совпали с предсказаниями двух моделей — Изинга и более сложной трикритической модели Изинга.
Особенно значимым результатом стало то, что исследователи смогли восстановить не только отдельные энергетические уровни, но и универсальные соотношения между ними. Именно эти соотношения должны сохраняться у различных физических систем, если они принадлежат к одному классу универсальности. Учёные также могли изменять граничные условия цепочки и наблюдать соответствующее изменение спектра, а дополнительный вариант эксперимента позволил исследовать динамические корреляции критической системы.
Теперь физики стремятся перейти от одномерной цепочки атомов к двумерным решёткам. В двух измерениях поведение многих квантовых критических систем значительно сложнее вычислять на обычных компьютерах, поэтому управляемые массивы атомов могут стать способом экспериментального изучения режимов, для которых пока не существует точного численного решения.
Источники:NatureНаука и космос0Квантовая физикаКвантовые состояния20 минут назад
Источник