Квантовый хаос открывает скрытый порядок для сверхпроводимости

Высокотемпературная сверхпроводимость — это Святой Грааль современной физики. Найди способ передавать энергию без потерь при нормальных условиях — и ты перевернёшь мир. Но на пути к этому Граалю лежит тёмный, загадочный лес под названием «фаза псевдощели». В этом состоянии электроны ведут себя не как прилежные частицы, а как толпа на рок-фестивале: кажется, там царит хаос, но если приглядеться — в их движениях есть свой странный ритм.

Долгое время физики думали: добавим в систему примесей — и любой намёк на магнитный порядок развалится, уступив место полному беспорядку. Оказалось, мы сильно недооценивали квантовый мир. Международная команда в своём исследовании для PNAS доказала: хаос — лишь иллюзия. Порядок никуда не девается, он просто становится хитрее.

Как они это увидели? Они взяли газ лития и охладили его до температур, от которых стынет даже мысль — миллиардные доли градуса выше абсолютного нуля. В этой ледяной тишине они воссоздали знаменитую модель Ферми-Хаббарда. А потом — самое интересное — начали «фотографировать» её с помощью квантового газового микроскопа. Десятки тысяч снимков, мгновенных замороженных кадров квантовой реальности.

И на этих кадрах проступила скрытая картина. Даже когда в системе царил сильнейший беспорядок, магнитные взаимодействия частиц подчинялись единому, универсальному паттерну. И масштаб этого паттерна чётко указывал на температуру, при которой возникает та самая псевдощель. Это как найти отпечаток пальца у самого порога в сверхпроводящее царство.

Открытие буквально кричит: магнетизм — главный дирижёр в этом странном предсверхпроводящем оркестре. Связи между частицами оказались не простыми парными танцами, а сложными групповыми взаимодействиями, в которые могут вовлекаться до пяти «танцоров» одновременно. Соавтор работы Антуан Жорж не скрывает восхищения: «Потрясающе, что наши аналоговые симуляторы теперь можно охладить до температур, где проявляются такие сложные коллективные квантовые явления». Мы наконец-то можем разглядеть то, о чём раньше только догадывались.

Единство теории и эксперимента: когда холод встречает мысль

Обнаруженные закономерности — это не просто красивая картинка. Это новый эталон, железобетонный факт, на который теперь должны равняться все теоретические модели. Мы на шаг ближе к пониманию того, как коллективный «танец» электронов рождает состояние, где электричеству открывается зелёная улица.

Успех этого прорыва — целиком заслуга теснейшего союза теоретиков и экспериментаторов. Жорж подчёркивает это: «Аналоговое квантовое моделирование вступает в новую, захватывающую фазу, которая ставит в тупик классические алгоритмы. Но сами эти эксперименты невозможны без глубокой теоретической поддержки. Сотрудничество двух лагерей науки сейчас важнее, чем когда-либо». Что дальше? Учёные планируют сделать свою систему ещё холоднее. Кто знает, какие ещё формы квантового порядка мы увидим, заглянув в эти ледяные глубины материи?