Физики впервые сфотографировали атомы такими, какими их никогда не видели

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, сообщается на сайте Массачусетского технологического института.

Бозоны и фермионы

Отдельный атом имеет диаметр примерно в одну десятую нанометра, что составляет одну миллионную долю толщины человеческого волоса. Атомы ведут себя и взаимодействуют в соответствии с правилами квантовой механики. Квантовая природа атомов делает их сложными для понимания, ведь, например, ученые не могут одновременно точно знать, где находится атом и как быстро он движется.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Физики применяют разные методы для визуализации атомов, где используется лазерный свет, но эти методы позволяют видеть лишь общую форму и структуру облака атомов, но не отдельные атомы. Ученые использовали совершенно новый метод визуализации, чтобы сфотографировать отдельные атомы, которые свободно взаимодействуют в пространстве.

С помощью лазерного света ученые заставили атомы в облаке взаимодействовать и перемещаться. Затем они использовали другой лазерный свет для того, чтобы зафиксировать атомы в их положениях, что позволило увидеть отдельный атом.

Ученые применили новый метод визуализации для наблюдения за взаимодействиями между бозонами и фермионами. Примером бозона является фотон или частица света, а примером фермиона является электрон, частица, которая вращается вокруг ядра атома. Атомы могут быть бозонами или фермионами в зависимости от их спина, то есть собственного монета импульса, который определяется тем, является ли общее число протонов, нейтронов и электронов в атоме четным или нечетным. При этом бозоны притягивают друг друга, а фермионы – отталкивают.

Физики впервые увидели это

Физики впервые получили изображение облака бозонов, которое состоит из атомов натрия. При низких температурах облако бозонов образует конденсат Бозе-Эйнштейна. Это состояние материи, в котором все бозоны имеют одно и то же квантовое состояние. Физики получили изображения отдельных атомов, что позволило наблюдать их квантовые взаимодействия.

Согласно теории, бозоны должны образовывать "сгустки", когда находятся рядом друг с другом. Такое поведение является следствием их способности иметь одну и ту же квантово-механическую волну. Этот волнообразный характер был впервые предсказан физиком Луи де Бройлем. Именно гипотеза "волны де Бройля" частично дала начало современной квантовой механике. Физики впервые увидели напрямую, как бозоны группируются вместе, поскольку они имеют одну квантовую волну де Бройля.

Физики также получили изображение облака атомов, состоящего из двух типов атомов лития. Каждый тип атома является фермионом, который отталкивает себе подобных, но может сильно взаимодействовать с другими типами фермионов. Во время исследования физики обнаружили, что действительно, противоположные типы фермионов взаимодействовали и образовывали пары фермионов. Эту связь ранее никогда не видели напрямую.

Как уже писал Фокус, физики впервые смогли создать один из самых тяжелых изотопов водорода с помощью необычного метода. Это очень важное достижение.

Также Фокус писал о том, что физики пришли к выводу, что свет на самом деле не проявляет корпускулярно-волновой дуализм, а значит не ведет себя, как волна. Но это противоречит давним убеждениям физиков.

Еще Фокус писал о том, что каждый день на Землю падают спутники и ученые сделали шокирующее открытие о том, чем это грозит.