В конденсатах Бозе — Эйнштейна большое число атомов оказываются в минимально возможных квантовых состояниях, и квантовые эффекты становятся заметны на макроскопическом уровне. Однако в реальности не все частицы остаются в конденсате даже при абсолютном нуле. Квантовые флуктуации заставляют частицы сталкиваться, неизбежно выбивая некоторые из них. Этот феномен известен как «квантовое истощение».

Такой эффект невероятно силен в сверхтекучем гелии-4 — 90% частиц выбиваются из конденсата. Однако в крайне разбавленных сверххолодных атомных газах, которые обычно образуют бозе-конденсат, этот эффект почти незаметен, пишет Phys.org.

Хотя квантовое истощение в достаточной мере описано теоретически, по ряду причин его трудно измерить в атомных бозе-конденсатах. Поэтому вместо атомных частиц физики из Национального университета Австралии использовали экситон-поляритоны — гибридные частицы со свойствами и света, и материи, которые позволяют обнаружить импульс без искажений.

Команда ученых под руководством профессора Елены Островской зафиксировала выбитые частицы. Им впервые удалось напрямую наблюдать квантовое истощение в неравновесном конденсате Бозе — Эйнштейна.

К удивлению ученых, оказалось, что конденсаты экситон-поляритона можно модифицировать от более экситонного до более фотонного состояния. Когда конденсаты находятся в более экситонном состоянии, то есть больше походят на вещество, они ведут себя в точности как положено бозе-конденсатам в тепловом равновесии. Однако «светоподобные» конденсаты проявляют свойства, не описанные ни одной из существующих теорий.

«Результаты требуют более глубокого понимания отношений между равновесными и неравновесными конденсатами Бозе — Эйнштейна», — сказала профессор Островская.

Осенью прошлого года физики из Австрии и Швейцарии протестировали принцип суперпозиции. Они заставили взаимодействовать сложные молекулы, состоящие почти из двух тысяч атомов и доказали, что квантовая механика, со всей ее странностью, поразительно надежна.