Ученые из Австрии и Франции заставили атомы одновременно «падать» вверх и вниз под действием силы притяжения, охладив их до почти абсолютного нуля и заставив их вести себя как волны, а не частицы, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.
Законы Ньютона, сформулированные знаменитым английским физиком в 1687 году, описывают то, как движутся различные объекты и как на них действуют различные силы. Одним из главных их следствий является то, что объект, к которому была приложена ненулевая сила, будет двигаться в направлении ее приложения и не менять направления движения, если на него не будут действовать другие силы.
В некоторых особых случаях внутри особых кристаллов и жестких структур из атомов, как рассказывает Михаил Звонарев из университета Париж-Юг в Орсэ (Франция), эти законы могут нарушаться из-за того, что атомы и другие «жители» микромира могут вести себя не только как частицы, но и волны. В таких случаях приложение силы может приводить к тому, что частицы будут двигаться не вперед, а колебаться на месте или совершать другие «невозможные» действия.
Звонарев и его коллеги выяснили, что атомы можно заставить «нарушить» законы Ньютона и без наличия особых ограничений на их перемещения в пространстве, экспериментируя с облаками атомов цезия и других металлов, охлажденных до температуры, близкой к абсолютному нулю.
В таких условиях облако из атомов цезия и других щелочных металлов превращается в особую субстанцию, которую ученые называют конденсатом Бозе-Эйнштейна. Он представляет собой необычную по своим свойствам форму материи, похожую на газ и жидкость, которая ведет себя как гигантский одиночный атом и обладает типичными «атомными» свойствами.
Как обнаружили ученые, вставка в подобное облако особого «дефектного» атома цезия, обладающего иными физическими свойствами, приводит к последствиям, необъяснимым с точки зрения ньютоновской физики.
Если этот атом подтолкнуть, то он будет не падать вниз под действием приложенной силы, а начнет «дергаться» вверх и вниз, подобно тому, как волны движутся через пространство. Это движение будет «расталкивать» другие атомы цезия внутри конденсата Бозе-Эйнштейна, что позволило физикам впервые увидеть подобное движение своими глазами.
Подобные осцилляции, как предполагают ученые, можно использовать для изучения устройств более сложных молекул и систем на квантовом уровне, а также раскрытия того, как квантовые свойства атомов могут влиять на поведение живых организмов, ход химических реакций или раскрытия других тайн квантовой физики.
