Ученые добились квантового эффекта, который делает материю невидимой

С помощью лазерной установки ученые проверяли эффект блокировки Паули. Он основан на принципе запрета Паули — законе квантовой механики, который описывает неспособность некоторых элементарных частиц «становиться неотличимыми друг от друга». Такие частицы называются фермионы, к ним относят протоны, нейтроны и электроны, из которых состоят атомы.

Фермионы не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии, то есть иметь одинаковую энергию, расположение в пространстве и другие свойства. В ином случае физических твердых предметов не существовало бы — они проваливались бы сквозь поверхности и не могли образовываться, так как электроны падали бы на самую нижнюю орбиту, а ядра атомов сжались бы.

Однако фермионы можно приблизить к «максимальной похожести». Для этого физики охладили облако из атомов лития до температуры, близкой к абсолютному нулю (– 273,15 °C) и сжали его лазером до плотности в один квадриллион частиц на кубический сантиметр. Фермионы лишились практически всей своей энергии — это состояние называется блокировкой Паули.

Затем ученые измерили уровень поглощения и отражения света вещества. Оказалось, что вещество стало на 38% прозрачнее, чем при комнатной температуре. Таким образом, практически достигнув абсолютного нуля, можно сделать любой объект прозрачным — атом не может поглотить фотон, и фотоны начинают пролетать сквозь атомы.

У этого эксперимента есть практическое применение. С помощью блокировки Паули можно решить одну из главных проблем квантовых компьютеров. Кубиты «страдают» из-за квантовой декогеренции, но если поместить кубиты под блокировку Паули, то они начнут игнорировать частицы из внешней среды и не будут терять свои квантовые свойства.