Fizikai įrodė, jog vienu metu susidurti gali daugiau negu du atomai

Kiekviena medžiagos dalelė pasižymi ir elektromagnetinių bangų savybėmis. Tokias bangas mokslininkai vadina "materijos bangomis", arba de Broilio bangomis, pagal jas aprašiusio prancūzų fiziko Luiso de Broilio (Louis de Broglie)  vardą. Panašiai kaip ir lazerių spinduliai, materijos bangos taip pat pasižymi koherentiškumu - jų amplitudės sumuojasi, įvairiuose erdvės taškuose sudarydamos suminės bangos "maksimumus" ir "minimumus". Tiesa, toks procesas akivaizdžiausias esant itin žemoms, artimoms absoliutiniam nuliui temperatūroms. Bangos "maksimumo" taške tikimybė aptikti šią bangą sudarantį atomą yra didžiausia, ir tokia medžiagos būsena yra vadinama Bose-Einšteino kondensatu.

Provesoriaus Imanuelio Bloko (Immanuel Bloch) vadovaujamai mokslininkų grupei iš Makso Planko (Max Planck) kvantinės optikos instituto pavyko pažvelgti į tarpatominių sąveikų "užkulisius" ir išsiaiškinti sudėtingą jų kvantinės dinamikos struktūrą. Bose kondensatui sukurti panaudotas optinis tinklelis (gardelė) - šiuo principu mokslininkams pavyko gan ilgą laiko tarpą stebėti didelį skaičių "maksimumų" ir "minimumų". Eksperimento rezultatai leidžia manyti, jog atomai tarpusavyje sąveikauja ne tik poromis (kaip buvo galvojama iki šiol), bet ir po 3, 4 ar netgi daugiau dalelių vienu metu.

Žvelgiant iš vienos pusės, šie fundamentalūs tyrimai naudingi norint suprasti daugelio skirtingų kūnų sudaromų kvantinių sistemų fizikinius principus. Kita vertus, tyrimai gali pasitarnauti kuriant naujas medžiagos būsenas, paremtas įvairių dalelių sąveika.

Kaip buvo atliekamas šis eksperimentas? Pirmiausia stipriai išretintos dujos buvo atšaldytos iki absoliutiniam nuliui artimos temperatūros. Esant tokioms sąlygoms, atomai suformuoja vadinamąjį Bose-Einšteino kondensatą, kuriame visi atomai yra vienoje kvantinėje būsenoje. Toliau į Bose kondensatą patalpinama optinė gardelė, kurios kiekvieną langelį, atsižvelgiant į specialaus lazerio spinduliuotės intensyvumą, gali užimti nulis, vienas, du  arba daugiau atomų.

Toliau vykstantys procesai priklauso nuo kvantinės "atomų skaičiaus" superpozicijos. Atomų skaičiaus dinamiką galima prilyginti mechaninei švytuoklei -  keičiantis jos peties ilgiui, kinta svyravimo dažnis; lygiai taip pat materijos bangos dažnis priklauso nuo konkrečiame erdvės taške esančių atomų skaičiaus. Jei atomai sąveikauja tarpusavyje, keičiasi iš bangos dažnis. Jei sąveika vyktų tik tarp vienodo dalelių skaičiaus, jų suminis dažnis būtų kartotinis pavienių atomų svyravimo dažniams.

Panaudodami sudėtingą eksperimentinę įrangą, fizikai sugebėjo ištirti suminių svyravimų kitimą skirtingais laiko momentais. Spręsdami pagal susidariusio interferencinio vaizdo intensyvumą ir periodiškumą, mokslininkai  vienareikšmiškai nusprendė, jog taip sąveikauti gali ne tik du, bet ir daugiau atomų.