Физики экспериментально установили существование резонанса Хиггса в холодных атомах вблизи фазового перехода

Физики из Института квантовой оптики им. М.Планка, Университета Гарварда и Калифорнийского технологического института экспериментально установили существование резонанса Хиггса в холодных атомах вблизи фазового перехода. Один из участников проекта, приглашенный докладчик Российского квантового центра, профессор факультета физики Гарвардского университета Евгений Демлер рассказал об исследованиях с использованием холодных атомов, выступив в преддверии открытия с докладом в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН.

Ультрахолодные атомы и оптические решетки сегодня считаются одним из наиболее перспективных инструментов в квантовом моделировании и изучении сверхпроводимости. С помощью моделей с сильно уменьшенными энергиями (до пико- и микрокельвинов) они позволяют имитировать высокотемпературную сверхпроводимость.

Евгений Демлер: «Замечательно в этих холодных атомах то, что мы можем делать модели, которые точно реализуемы в фермионных моделях атомов. И хотя все эффекты измерить пока не удается, мы точно знаем, что в этой системе есть модель Хаббарда: это простейшая модель, описывающая взаимодействие частиц в кристаллической решетке и переход между проводящим и диэлектрическим состоянием. Связи между фермионами в ней упрощены до очень локального уровня: просто есть квадратная решетка и фермионы «бегают» из одного узла в другой». Эта модель призвана помочь в изучении причин высокотемпературной сверхпроводимости.

На этот раз в центре внимания ученых оказалось явление, которое играет ключевую роль в фазовом переходе, – спонтанное нарушение симметрии. Оно возникает, например, когда магниты в ферромагнитном материале самопроизвольно ориентируются в одном направлении при охлаждении до температуры Кюри. В случае возбуждения системы в ней могут возникнуть коллективные колебания, при которых частицы будут двигаться согласованно. Если коллективное движение происходит в соответствии с принципами теории относительности (точнее, ее «эффективной» части, в которой скорость света заменяется скоростью звука, что приводит к существенно более медленной динамике), то возможно появление особого колебания – так называемого резонанса Хиггса. В Стандартной модели, описывающей взаимодействие всех известных частиц, ему соответствует широко обсуждаемый в последнее время бозон Хиггса. Одноименное возбуждение может появляться и в твердотельных системах, если коллективное движение частиц подчиняется законам теории относительности.

Основная сложность состоит в том, что, как и в физике элементарных частиц, в твердотельных системах резонанс Хиггса быстро затухает до уровня низкоэнергетических возбуждений и поэтому с трудом поддается детектированию. Особенно короткий срок жизни он имеет в системах с небольшим числом измерений. До недавнего времени физики и вовсе сомневались в самой возможности обнаружения резонанса в таких структурах. Теперь ученым удалось экспериментально распознать колебание в двумерной системе, причем его существование установлено при крайне низких температурах, в то время как обычно это явление наблюдается на уровне максимальных температур. Такие условия создаются, например, в экспериментах Большого адронного коллайдера (БАК) в ЦЕРН.

Читать полностью: http://www.km.ru/science-tech/2013/01/2 … naruzhili-