Krople kwantowe jak bańki mydlane – przełom w fizyce ultrazimnych gazów

W Laboratorium Mieszanin Kwantowych Narodowego Instytutu Optyki naukowcy po raz pierwszy zaobserwowali zjawisko niestabilności kapilarnej w nietypowym środowisku – ultrarozrzedzonym gazie kwantowym. Przełomowe wyniki badań opublikowano w prestiżowym czasopiśmie Physical Review Letters.

Niestabilność Plateau-Rayleigha, znana z fizyki klasycznej, objawia się m.in. rozpadem cieczy na krople czy powstawaniem baniek. Zjawisko to związane jest z napięciem powierzchniowym i dotąd kojarzono je wyłącznie z makroskopowymi cieczami. Teraz po raz pierwszy udało się zarejestrować podobne zachowanie w układzie kwantowym – w warunkach, gdzie dominują prawa mechaniki kwantowej.

W ekstremalnie niskich temperaturach atomy przestają zachowywać się jak oddzielne cząstki i tworzą spójną całość – tzw. kroplę kwantową. To właśnie taką kroplę, stworzoną z mieszaniny atomów potasu i rubidu, naukowcy pod kierownictwem Alessii Burchianti poddali badaniom. Dzięki metodom optycznym obserwowali jej ewolucję w światłowodzie.

Po uwolnieniu kropla rozciągnęła się w cienką nić, która przy osiągnięciu krytycznej długości rozpadła się na mniejsze kropelki – dokładnie tak, jak strumień wody dzieli się na krople. Liczba utworzonych kropli zależała od długości nici, co w pełni odzwierciedla znane zjawisko kapilarne w zupełnie nowym, kwantowym świecie.

„Po raz pierwszy opisaliśmy rozpad kropli kwantowej jako konsekwencję niestabilności kapilarnej – takiego zachowania nie obserwowano dotąd w gazach atomowych” – podkreśla Chiara Fort z Uniwersytetu we Florencji.

Eksperyment ten nie tylko rzuca nowe światło na fundamentalne procesy fizyczne, ale również otwiera drogę do kontrolowanego tworzenia układów kropli kwantowych, które w przyszłości mogą znaleźć zastosowanie w technologiach kwantowych.