Учени от Калифорнийския технологичен институт постигнаха пробив в разбирането на квантовата материя, като за първи път директно измериха енергийни нива, предсказани от теоретични модели като теорията на Изинг и трикритичната конформна теория на полето. Тези измервания потвърждават изчисления, направени преди десетки години, използвайки създадени от тях квантови симулатори.

Изследването се базира на модела на Изинг, предложен през 1920-те години, който описва подреждането на атомите в магнитни материали. По-сложни варианти на модела, като трикритичния модел, оставаха предимно теоретични конструкции поради невъзможността за директна проверка. Новите методи позволяват наблюдение на универсални модели на енергийните нива в изкуствена квантова материя при температури, близки до абсолютната нула.

За експеримента екипът използва масив от лазерни пинцети, за да задържи атоми на стронций в едномерна верига. Атомите бяха възбудени до състояния на Ридберг, при които взаимодействията между тях стават изключително силни. Чрез прецизна настройка на лазерите, веригата функционира като единна квантова система, подчиняваща се на модела на Изинг.

Измерването на енергийните нива се осъществи чрез леко „разклащане“ на веригата с лазери и промяна на параметрите на взаимодействието. Учените анализираха отговора на системата, за да определят честотите, на които тя поглъща енергия, което съответства на преходите между енергийните нива. Спектрите, получени за вериги с различна дължина, се „сливаха“ в една универсална крива след мащабиране, потвърждавайки теоретичните предсказания.

Екипът също така изследва трикритичната точка на модела на Изинг, където се пресичат линиите на фазовите преходи от първи и втори ред. Чрез манипулиране на атомите в краищата на веригата бяха активирани допълнителни степени на свобода. Измерванията показаха енергийни нива в съотношения, които теоретично бяха предсказани за тази точка.

Резултатите, получени с верига от 35 атома стронций, имат потенциал да бъдат приложени към широк кръг от системи, включително магнитни материали и ядрена материя. В бъдеще изследователите планират да преминат към двумерни решетки и да приложат техниката към моделиране на сложни явления като високотемпературна свръхпроводимост и квантови фазови преходи.

По информация на Kaldata.