Исследователи из Университета Инсбрука впервые экспериментально реализовали предсказанное ранее «фракционное море Ферми». Эта фаза материи демонстрирует дробную статистику заполнения энергетических уровней, которую нельзя описать в рамках классической теории одномерных квантовых систем Томонаги-Латтинжера. Вопреки ожиданиям, вещество не разрушилось при экстремальном внешнем воздействии, а перестроилось в устойчивую и сверхъупорядоченную структуру. Результаты теоретической работы опубликованы в журнале Physical Review Letters, а данные экспериментального подтверждения доступны в виде препринта, об этом сообщили в телеграм-канале «Наука».
Рабочим телом выступили ансамбли атомов цезия, охлажденные до сверхнизких температур и запертые в одномерных оптических ловушках. Физики целенаправленно вывели систему из термодинамического равновесия, циклически переключая межатомные взаимодействия между режимами сильного притяжения и сильного отталкивания. Классическая физика предсказывает, что такая накачка энергией неизбежно превратит упорядоченную среду в горячий разупорядоченный газ.
Атомы повели себя иначе. Вместо теплового коллапса в системе возникли отчетливые фриделевские осцилляции — пространственные волны плотности с аномально медленным степенным законом затухания. Характер этих корреляций указывает на реализацию обобщенной статистики Холдейна. Фермионы начали занимать доступные состояния так, словно принцип запрета Паули переписали, заменив целочисленную единицу заполнения на дробный показатель.
Полученная структура высоковозбужденная, но не хаотичная. Скрытый порядок проявился именно благодаря неравновесному драйву, а не в спокойном основном состоянии вблизи абсолютного нуля. Этот нюанс принципиален для будущих квантовых технологий, поскольку доказывает способность симуляторов не просто копировать существующую в природе физику, а генерировать состояния материи, не встречающиеся в естественных условиях. Открытие предоставляет исследователям полигон для изучения сильно коррелированных систем и экзотических статистик, недоступных для прямого наблюдения где-либо еще во Вселенной.
Практическая ценность работы заключается в переходе квантовых симуляторов в разряд фабрик по производству материи с заданными свойствами. Контроль над дробным заполнением и неравновесными фазами приближает создание отказоустойчивых кубитов и топологических вычислительных устройств.
