Ученым впервые удалось наблюдать так называемые ступени Шапиро — квантовый эффект, напоминающий лестницу, — в системе ультрахолодных атомов.
До сих пор это явление фиксировали только в сверхпроводящих материалах, а теперь его воспроизвели в совершенно иной среде, что открывает новые возможности для изучения квантовой физики.
В ходе своего нового эксперимента специалисты Европейской лаборатории нелинейной спектроскопии во Флоренции охладили атомы почти до абсолютного нуля и разделили их сверхтонким барьером из лазерного света. Такая конструкция представляет собой атомный аналог джозефсоновского перехода — устройства, в котором два сверхпроводника разделены тончайшей прослойкой. Благодаря квантовому туннелированию атомы способны преодолевать этот барьер коллективно и без потери энергии, словно он для них совершенно прозрачен.
Когда через переход пропускали переменный ток, разница химических потенциалов между двумя сторонами барьера менялась не плавно, а дискретными равномерными скачками — будто кто-то поднимался по ступенькам. Высота каждой такой ступени напрямую определяется частотой приложенного тока. Именно эти скачки и есть атомный аналог ступеней Шапиро.
«Джозефсоновские переходы в твердотельных сверхпроводящих платформах уже сейчас являются фундаментальными элементами квантовых сенсоров и квантовых компьютеров», — отмечает руководитель экспериментальной группы, директор по исследованиям Национального института оптики Джакомо Роати. По его словам, реализация таких переходов на ультрахолодных атомах позволила наблюдать квантовые эффекты буквально на уровне отдельных частиц и в то же время видеть их коллективное проявление.
Источник: hi-tech.mail.ru