Физики обнаружили ранее неизвестное взаимодействие куперовских пар в сверхпроводниках

Сверхпроводимость — квантовое явление, при котором материалы теряют электрическое сопротивление при экстремально низких температурах или высоком давлении. Согласно теории Бардина-Купера-Шриффера (БКШ), электроны в таких условиях образуют куперовские пары, позволяющие току течь без потерь. Однако эта теория не полностью объясняет все типы сверхпроводников, особенно экзотические случаи.

Экспериментальное подтверждение корреляции

В новом исследовании физики работали с ферми-газом из атомов лития, охлажденных до ультранизких температур. Эти атомы, подобно электронам, являются фермионами и подчиняются аналогичным законам взаимодействия. Ученые поместили атомы в гексагональную оптическую решетку и отслеживали их положение с помощью микроскопии квантового газа с атомным разрешением.

После образования пар атомы начали двигаться синхронно, причем их расположение зависело от положения других пар. Спаренные атомы сохраняли определенную дистанцию между собой, что исследователи сравнили с поведением танцующих пар в бальном зале. Этот эффект корреляции ранее не предсказывался теорией БКШ, которая постулирует независимое распределение куперовских пар в материале.

Теоретические и практические последствия

Для подтверждения результатов было проведено численное моделирование, точно воспроизведшее экспериментальную систему. Совпадение данных позволило ученым рассчитать дистанцию между электронными парами в сверхпроводниках. Это открытие меняет фундаментальное понимание квантовых материалов, состоящих из фермионов.

Обнаруженное взаимодействие может иметь важное значение для разработки высокотемпературных сверхпроводников. Понимание механизмов корреляции между куперовскими парами открывает новые пути для управления сверхпроводящими свойствами материалов. Исследование также демонстрирует ценность ферми-газа как модельной системы для изучения сложных квантовых явлений.

Работа опубликована в рецензируемом журнале Physical Review Letters, что подтверждает ее научную значимость. Открытие подчеркивает, что даже хорошо изученные области физики могут содержать неожиданные явления, требующие пересмотра существующих теоретических моделей.