Физики из Инсбрука впервые наблюдали в ультрахолодном газе так называемые струны Бете — связанные группы частиц, существование которых почти сто лет назад предсказал Ханс Бете. Эксперимент создал управляемые условия для изучения формирования и столкновений таких квантовых объектов. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications, сообщает SciTechDaily.
В 1931 году Бете предположил, что в некоторых квантовых системах частицы способны объединяться в особые структуры. Они могут существовать только в одном измерении, когда движение происходит вдоль линии, и удерживаются не химическими связями, а взаимодействием между самими частицами. Ранее струны Бете оставались в основном теоретической конструкцией, хотя их уже обнаруживали в твёрдотельных магнитных системах.
Для создания нужных условий исследователи охладили облако атомов цезия до температуры всего в несколько миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля. Затем облако разделили на несколько тысяч узких трубок, ограничив движение атомов практически одним направлением. После этого взаимодействие между частицами изменили с отталкивающего на притягивающее.
Атомы не сжались в единое состояние, а сформировали связанные группы разного размера, включая кластеры из шести и более частиц. Эксперимент позволил учёным отдельно регулировать геометрию системы и плотность газа. «Теперь мы можем создавать их в лаборатории, управлять ими, заставлять сталкиваться и исследовать их удивительную устойчивость при столкновениях», — сказал один из ведущих авторов работы Судипта Дхар.
Чтобы проверить, действительно ли частицы образовали связанные структуры, команда сравнила их расширение внутри трубок и после снятия ограничений. В одном из опытов струнам позволили распространяться вдоль трубок и сталкиваться друг с другом; при этом группы не распадались. «Это замечательное свойство струн: они могут сталкиваться, не разрушаясь», — отметила Милена Хорват, ещё один ведущий автор исследования.
После освобождения атомов они получили возможность двигаться в трёх измерениях, где струны Бете существовать не могут, поэтому связанные группы распались и высвободили энергию в виде движения. У газа с отталкивающимися и несвязанными атомами энергия расширения в одном и трёх измерениях почти совпадала, тогда как распад струн сопровождался дополнительным выбросом энергии. Работа опубликована 29 августа 2026 года; среди её авторов также указаны Алвизе Бастианелло, Ребекка Кох, Янлян Го, Жан-Себастьен Ко, Мануэле Ландини и Ханс-Кристоф Негерль, а финансирование обеспечили Австрийский научный фонд FWF, Европейский союз и британский Совет по инженерным и физическим наукам.