Есть вещи, которых не должно случиться. Например, вода не может перетекать из одного стакана в другой через стеклянную стену.
Удивительно, но квантовая механика позволяет это при условии, что барьер между двумя жидкостями достаточно тонкий. Благодаря квантово-механическому туннельному эффекту частицы могут проникать через барьер, даже если барьер выше уровня жидкости. Еще более примечательно то, что этот ток может течь даже тогда, когда уровень с обеих сторон одинаков или ток должен течь немного вверх по склону. Однако для этого жидкости с обеих сторон должны быть сверхтекучими, т.е.е. они должны уметь обходить препятствия без трения.
Это поразительное явление было предсказано Брайаном Джозефсоном во время его докторской диссертации, и оно имеет такое фундаментальное значение, что ему была присуждена Нобелевская премия. Ток управляется только волновой природой сверхтекучих жидкостей и может, среди прочего, гарантировать, что сверхтекучая жидкость начинает колебаться туда-сюда между двумя сторонами – явление, известное как джозефсоновские колебания.
Эффект Джозефсона был впервые обнаружен в 1962 году между двумя сверхпроводниками.
В эксперименте – по прямой аналогии с потоком воды без перепада уровней – электрический ток мог течь через туннельный контакт без приложенного напряжения. Этим открытием было предоставлено впечатляющее доказательство того, что волновую природу вещества в сверхпроводниках можно наблюдать даже на макроскопическом уровне.
Впервые ученые из проф. Группе Хеннинга Морица удалось наблюдать джозефсоновские осцилляции в двумерном (2D) ферми-газе.
Эти ферми-газы состоят из «дыхания ничего», а именно из газового облака всего из нескольких тысяч атомов. Если их охладить до нескольких миллионных долей градуса выше абсолютного нуля, они станут сверхтекучими. Теперь их можно использовать для изучения сверхтекучих жидкостей, в которых частицы сильно взаимодействуют друг с другом и живут только в двух измерениях – комбинация, которая кажется центральной для высокотемпературной сверхпроводимости, но все еще не полностью изучена.
«Мы были поражены тем, насколько четко были видны джозефсоновские осцилляции в нашем эксперименте.
Это явное свидетельство фазовой когерентности в нашем ультрахолодном 2D-ферми-газе », – говорит первый автор Никлас Луик. «Высокая степень контроля над нашей системой также позволила нам измерить критический ток, выше которого сверхтекучесть выходит из строя."
«Этот прорыв открывает для нас много новых возможностей понять природу сильно коррелированных 2D-сверхтекучих сред», – говорит проф. Мориц: "Они имеют выдающееся значение в современной физике, но их очень трудно моделировать теоретически. Мы рады внести свой вклад в лучшее понимание этих квантовых систем с помощью нашего эксперимента."