Модель SYK (Сахдева–Е–Китаева) — это теоретическая конструкция, которая описывает одну из самых глубоких загадок современной физики: как квантовый хаос связан с черными дырами и как информация «перемешивается» в этих экстремальных объектах. Она также помогает объяснять поведение странных металлов — экзотических материалов, которые не подчиняются обычным законам электрической проводимости.
Проблема в том, что модель SYK предполагает наличие плотных случайных взаимодействий между множеством частиц — в реальных материалах такое почти невозможно воспроизвести. До сих пор физики могли только теоретически исследовать ее свойства.
Команда под руководством Чарльза Крефилда (Университет Комплутенсе, Мадрид) и Натана Голдмана (Сольвеевские институты, Брюссель; Коллеж де Франс, CNRS) вместе с коллегами Фернандо Солсом и Марко Широ нашла принципиально иной подход. Они показали, что простая оптическая решетка — периодическая структура, созданная интерференцией лазерных лучей, в которой удерживаются ультрахолодные атомы, — может быть преобразована в симулятор модели SYK.
Для этого нужно периодически «встряхивать» решетку — модулировать способность атомов перепрыгивать между узлами решетки. Это подавляет обычное движение одиночных частиц и вместо этого создает эффективные взаимодействия, в которых участвуют сразу много атомов. В результате система имитирует ключевую особенность модели SYK — плотные, почти случайные связи между всеми частицами.
Хотя полученная система не идеально случайна, детальные численные расчеты показали, что она воспроизводит главные признаки SYK-физики: сильный квантовый хаос и быстрое «перемешивание» (скремблирование) квантовой информации — то самое поведение, которое связывают с черными дырами.
Замечательно, что такая сложная и знаковая модель квантового хаоса и физики черных дыр может быть порождена в такой простой установке — просто правильным образом встряхивая решетку.
Важно, что этот метод можно реализовать на существующих установках с ультрахолодными атомами, без создания принципиально новых устройств. Это открывает путь к экспериментальному изучению явлений, которые раньше были доступны только теоретикам: как квантовая информация распространяется в сильно взаимодействующих системах и как сложная квантовая материя ведет себя вдали от равновесия. Работа, опубликованная в научном журнале Physical Review Letters, демонстрирует, как периодическое воздействие на систему может превратить простые экспериментальные установки в мощные инструменты для исследования самых глубоких идей современной физики.
Ранее Наука Mail рассказывала об измерении «эффекта бабочки» в квантовом мире.