Квантовые физики из Инсбрука заставили ультрахолодные атомы цезия выстроиться в структуру, которой нет в учебниках. Они циклично переключали взаимодействие частиц с отталкивания на притяжение — и система ушла в состояние, не подчиняющееся стандартной теории одномерных жидкостей Томонаги–Латтинжера. Результат назвали «дробным морем Ферми». За сухим термином скрывается экзотическая фаза материи со скрытым порядком, который проявляется только в корреляциях.

Работа опубликована в Physical Review Letters, а её теоретическую основу заложили в группе Ханса-Кристофа Нэгерля из Инсбрукского университета совместно с теоретиком Альвизе Бастианелло из CNRS и Университета Париж-Дофин. Экспериментальная реализация, о которой рассказывает вторая статья, сейчас проходит рецензирование.

Что такое дробное море Ферми

При сверхнизких температурах фермионы — частицы с полуцелым спином — заполняют доступные энергетические состояния строго по порядку. Так образуется обычное «море Ферми»: каждый уровень занят одной частицей, и никаких пустот внутри. Но исследователи задались вопросом: что будет, если заставить взаимодействующие атомы непрерывно проходить через экстремальные условия, плавно переключаясь от сильного отталкивания к сильному притяжению?

Оказалось, такой цикл не просто разогревает систему. Он перестраивает её в новое многочастичное состояние — высоковозбуждённое, но удивительно организованное. Частицы в нём подчиняются правилу уменьшенной занятости: отсюда и слово «дробное». Ведущий автор исследования И Цзэн поясняет: «Вместо того чтобы просто нагревать систему, цикл взаимодействия реорганизует атомы в новое многочастичное состояние. Это даёт нам контролируемый способ исследовать квантовую материю за пределами обычных равновесных парадигм».

Скрытый порядок и осцилляции Фриделя

Дробное море Ферми выдали характерные математические признаки. Между частицами возникают выраженные волны плотности — осцилляции Фриделя, а также особые закономерности затухания корреляций на всех уровнях отталкивающего взаимодействия. Эти сигнатуры чётко отделяют новое состояние от жидкостей Томонаги–Латтинжера, которые десятилетиями служили стандартным описанием одномерных квантовых систем.

«Это состояние сильно возбуждено, но не случайно, — подчёркивает Нэгерль. — У него есть скрытый порядок, который становится видимым в его корреляциях». Какие квазичастицы формируют этот порядок, пока неясно. Нэгерль допускает, что их, возможно, придётся назвать «суперфермионами» — но это лишь рабочая гипотеза.

За пределами равновесной парадигмы

Создание дробного моря Ферми — результат квантовой инженерии. Учёные показали, что тщательно контролируемые циклы взаимодействия способны порождать формы квантовой материи, которые не встречаются в природе сами по себе. Это открывает новый рубеж для квантовых симуляторов на холодных атомах.

Нэгерль видит в этом принципиальный сдвиг: «Открытие дробных морей Ферми показывает, как далеко мы можем продвинуть квантовое моделирование: не только воспроизводить известные модели, но и создавать и исследовать состояния, выходящие за рамки устоявшихся парадигм». Речь идёт о новой экзотической критической фазе материи и об универсальном методе изучения квантового поведения вдали от равновесия.

Любопытно, что название нового состояния перекликается с парадоксом Ферми — загадкой о том, почему мы не видим следов внеземных цивилизаций. Мы недавно разбирали гипотезу о галактике, полной чужих зондов, которые маскируются под астероиды. Здесь, впрочем, связь лишь терминологическая: «море Ферми» названо в честь Энрико Ферми, описавшего статистику фермионов, а не в честь его знаменитого вопроса «где все?». Но совпадение забавное.

Эксперимент с цезиевыми атомами в одномерной ловушке — пока единственная реализация дробного моря Ферми. Теоретическая статья вышла 9 июня 2026 года, экспериментальное подтверждение ждёт публикации. Если рецензенты подтвердят результаты, у физиков появится новая площадка для проверки универсальных законов квантовой материи — и, возможно, целый класс состояний, о которых мы раньше не подозревали.