Цивилизация
Международная группа физиков из университетов Бирмингема и Чикаго впервые экспериментально реализовала механизм ускорения частиц, предложенный Энрико Ферми более 70 лет назад. Это открытие может пролить свет на поведение космических лучей и открыть новые горизонты в квантовых технологиях и астрофизике высоких энергий. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).
Команда смогла наблюдать ускорение частиц, используя ультрахолодные атомы и управляемые оптические барьеры — в лабораторных условиях. Такой подход позволил воспроизвести ключевой механизм, лежащий в основе происхождения космических лучей, которые возникают в результате взаимодействий в космических ударных волнах и магнитных полях.
Исследователи создали миниатюрный ускоритель размером всего 100 микрометров, способный разгонять ультрахолодные атомы до скоростей более полуметра в секунду. Атомы многократно сталкиваются с движущимися барьерами, получая импульс — аналогично тому, как, по предположению Ферми, ускоряются заряженные частицы в космосе.
Эксперимент позволил не только разогнать частицы, но и воспроизвести энергетический спектр, характерный для космических лучей, впервые подтвердив на практике так называемое «решение Белла» — фундаментальную составляющую теории ускорения космических частиц.
«Наш ускоритель превосходит по эффективности лучшие методы ускорения, используемые в квантовых технологиях, и при этом остается крайне простым и компактным», — отметила доктор Амита Деб из Бирмингемского университета.
Работа также открывает перспективы для квантовых исследований: возможность управлять волновыми пакетами с высокой точностью может быть полезна в квантовой химии, информационных технологиях и даже в новой области — атомтронике, где потоки атомов используются аналогично электрическому току.
В будущем ученые планируют исследовать, как различные взаимодействия влияют на скорость ускорения и максимально достижимую энергию, чтобы углубить наше понимание как квантовых, так и астрофизических процессов.
Ранее ученые впервые воссоздали процесс рождения планет в лаборатории.