Kiedy temperatura spada do blisko zera absolutnego, znany nam świat przestaje działać według standardowych praw fizyki. Atomy przestają zachowywać się jak indywidualne drobinki i zaczynają tworzyć coś, co przypomina jedną, gigantyczną falę.

To nie jest scenariusz z filmu science-fiction. Naukowcom udało się właśnie zaobserwować egzotyczny stan materii, zwany ułamkowym morzem Fermiego. To odkrycie rzuca zupełnie nowe światło na to, jak funkcjonuje wszechświat na poziomie cząstek elementarnych.

Dlaczego to w ogóle jest ważne?

W normalnych warunkach elektrony czy inne fermiony „nie lubią” przebywać w tym samym miejscu. Istnieje zasada wykluczenia Pauliego, która działa jak niepisany zakaz wjazdu: tylko jeden fermion może zajmować określony stan kwantowy. To dzięki temu atomy nie zapadają się w sobie.

Zespół fizyków z Uniwersytetu w Innsbrucku postanowił jednak nagiąć te reguły. Zamiast pozwolić atomom na spokojną egzystencję, uwięzili około 70 000 atomów cezu w pułapkach laserowych i zaczęli wymuszać na nich ekstremalne zmiany zachowania.

  • Atomy były wprowadzane w cykle silnego odpychania i przyciągania.
  • Zamiast chaotycznie zwiększać temperaturę systemu, cząstki zaczęły się samoorganizować.
  • Powstał stan materii, który jest „pośredni” między tym, co znamy, a czystym kwantowym szaleństwem.

Nowy stan materii, który nie ma nazwy

Najciekawsze w tym eksperymencie jest to, że naukowcy nie bardzo wiedzą, jak sklasyfikować swój twór. W teorii fizyki cząstki te zachowują się jak "super-fermiony". Wykazują ukryty porządek, który staje się widoczny dopiero po dokładnym przeanalizowaniu tzw. oscylacji Friedela – dowodu na to, że w tym „morzu” dzieje się coś niezwykłego.

To jak z układaniem kostki Rubika, która sama wraca do poprawnego stanu pod wpływem zewnętrznego impulsu. Choć brzmi to abstrakcyjnie, to właśnie takie „kontrowintuicyjne” wyniki pokazują, że nasze rozumienie materii jest wciąż niepełne.

Co z tego będziemy mieli w codziennym życiu?

Możecie zapytać, czy te badania w laboratorium w Austrii jakoś wpłyną na nasze życie w Polsce. Otóż – tak. Badania nad tak zimnymi atomami to fundamenty dla:

1. Komputerów kwantowych – które poradzą sobie z obliczeniami, na które dzisiejsze superkomputery potrzebowałyby tysięcy lat.

2. Nowoczesnej kryptografii – dzięki której nasze dane w sieci staną się praktycznie niemożliwe do zhakowania.

3. Sensorów o niespotykanej precyzji – mogących zrewolucjonizować medycynę i diagnostykę.

Wygląda na to, że uczymy się manipulować rzeczywistością na poziomie, który jeszcze dekadę temu wydawał się czystą fantazją. A jakie jest Państwa zdanie – czy takie głębokie ingerowanie w prawa fizyki jest bezpieczne, czy to już granica, której nie powinniśmy przekraczać?