Физики из Университета Инсбрука создали и обнаружили струны Бете в ультрахолодном газе цезия. Командой руководил Ханнс-Кристоф Негерль; результаты опубликованы в журнале Nature Communications 29 августа 2026 года, версия записи статьи вышла 30 сентября. Исследователи нашли связанные состояния как минимум из шести атомов. Их удерживают взаимодействия между частицами, а не химические связи.

Струны Бете предсказал физик Ганс Бете в 1931 году. Такие состояния возможны в системе, где частицы движутся практически вдоль одной оси. Чтобы создать её в лаборатории, исследователи охладили атомы цезия до температуры в несколько миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля и распределили газ по нескольким тысячам узких одномерных трубок. Затем они изменили взаимодействие атомов с отталкивающего на притягивающее.

Как отличили связанные состояния от обычного газа

Само притяжение ещё не доказывает, что атомы образовали струны Бете: оно может просто сближать частицы. Поэтому команда сравнила энергию расширения газа в двух режимах. Сначала атомы отпускали вдоль трубок, сохраняя одномерное ограничение. Затем снимали и поперечное ограничение, и газ расширялся уже в трёх измерениях.

При расширении внутри трубок связанные состояния сталкивались, но сохранялись. После перехода к трёхмерному расширению они распадались: в трёх измерениях струны Бете существовать не могут. Энергия связи переходила в движение атомов, и облако расширялось быстрее. Для несвязанных атомов, например при отталкивании, энергии двух вариантов расширения совпадали в пределах погрешности. При притяжении они различались: примерно 35 Гц при одномерном и около 110 Гц при трёхмерном расширении, когда параметр взаимодействия составлял −1,0 мкм⁻¹. Авторы использовали эту разницу как признак связанных состояний.

По измеренной энергии связи исследователи установили, что в газе были струны как минимум из шести частиц. Сравнение с расчётами обобщённой гидродинамики указывает, что могли возникать и более крупные состояния.

Представим условную цепочку шариков, которую удерживает не клей, а правило взаимодействия, работающее только в узком коридоре. Пока шарики движутся внутри него, цепочка может сохраняться и выдерживать столкновения. Если коридор исчезает, цепочка распадается, а запасённая энергия переходит в движение шариков. В опыте роль коридора играли одномерные трубки; сравнение скоростей расширения помогло обнаружить энергию связи. Это лишь поясняющая аналогия, а не описание дополнительного опыта.

Устойчивость струн оказалась ограниченной условиями эксперимента. В притягивающем режиме атомы терялись из-за неупругих процессов с участием трёх частиц. В одном наборе измерений при самом сильном притяжении потери достигали примерно 40%. В другом за 150 миллисекунд удержания газ потерял около 20% атомов. Кроме того, модель хорошо описывает струны, длина связи которых заметно превышает поперечный размер трубки; короткодействующие молекулярные процессы она не учитывает.

Таким образом, исследователи проверили, что струны могут переживать столкновения при расширении внутри одномерных трубок. Это не означает, что они остаются стабильными неограниченно долго. В работе приводятся и другие признаки их присутствия: изменения распределения импульсов и корреляций атомов, связанных с контактом Тана. Подробно представить методы и ограничения исследования помогают навыки, необходимые для подготовки научной статьи.

Схема создания струн Бете и их обнаружения по распаду при переходе от одномерного к трёхмерному расширению

Фото: Steve A Johnson / Pexels