Механизм Киббла-Зурика впервые увидели в микроскоп

Фазовые переходы — это явления, при которых вещество переходит из одной термодинамической фазы в другую под воздействием внешних сил. Наглядно такой переход можно описать, например, замерзанием воды, однако не каждый фазовый переход сопровождается сменой агрегатного состояния. Наименее очевидны фазовые переходы второго рода: они сопровождаются не резким изменением главных параметров (удельный объем, плотность), а нарушением симметрии вещества. Для предсказания таких нарушений используется теоретическая модель Киббла-Зурика, надежных доказательств для которой не существует. В своем эксперименте американские ученые проанализировали фазовые переходы атомов цезия. Для этого пары цезия охлаждали до температур, близких к абсолютному нулю, и «ловили» образовавшиеся бозоны (конденсаты Бозе — Эйнштейна) в статическое магнитное поле с различной угловой частотой, соответствующей трем осям. В результате пространственно облако газа находилось под углом в 45 градусов, а бозоны располагались в одномерной оптической решетке. Для индукции фазовых переходов (в ферромагнитную фазу) авторы систематически «встряхивали» бозоны, изменяя амплитуду и модуляцию решетки. Фазовый переход бозонов (домены обозначены красным и синим цветами) при «встряхивании» оптической решетки. / © Logan W. Clark, Science, 2016 Результатом такого «встряхивания» был непрерывный фазовый переход второго рода. При переходе атомы делились на ферромагнитные домены (области с различными векторами поляризации) с положительными и отрицательными импульсами — это являлось нарушением симметрии в веществе. При этом размер доменов зависел от частоты амплитуды (от 0,6 до 3,6 нанометра в миллисекунду): он был меньше, когда «встряхивания» происходили с большей скоростью, и атомы быстрее начинали релаксацию после прохождения критической точки. Картина распределения доменов соответствовала механизму Киббла-Зурика. «Фазовый переход квантового газа в оптической решетке, который демонстрирует наш эксперимент, аналогичен переходу ранней Вселенной. Любая система, совершающая фазовый переход второго рода, должна обладать свойствами, которые мы наблюдали», — сообщил соавтор работы Логан Кларк (Logan Clark). Он добавил, что полученные данные могут быть экстраполированы на различные приложения. Например, механизм Киббла-Зурика может применяться в отношении жидких кристаллов, сверхтекучего гелия или клеточной мембраны.