Bílá barva znázorňuje doménovou stěnu mezi dvěma skupinami ultrachladných atomů. Kredit: Kai-Xuan Yao.

Říše kvant, jak by řekli Avengers, je plná přízračných jevů, které nás nepřestávají udivovat. Když se nám nějaký takový jev podaří záměrně a kontrolovaně vytvořit v laboratoři, rozhodně je co slavit. Teď se slaví na americké University of Chicago, kde kvantoví mechanici poprvé cíleně v laboratoři vystavěli pozoruhodné doménové stěny (domain walls). Jde o typ topologického defektu, který se objevuje mezi doménami, při spontánním narušení diskrétní symetrie v rámci určitého prostředí.

Kai-Xuan Yao. Kredit: University of Chicago.

Kai-Xuan Yao a jeho kolegové zkoumali chování kvantových systémů. V jednom z takových experimentů si všimli zvláštního chování atomů za extrémně nízkých teplot. Šlo o asi 40 tisíc atomů cesia-133 na lasery vytvořené optické mřížce. Při vhodných podmínkách takové atomy vytvoří domény, mezi nimiž se objeví doménové stěny. Není to přitom jen nějaké formální rozhraní. Doménové stěny se chovají jako nezávislé kvantové objekty.

Doménové stěny jsou emergentní jev. Vznikají jako výsledek kolektivního chování mnoha částic a zároveň mají nové, specifické vlastnosti. Yao to přirovnává k pouštním dunám. Duny se pohybují po poušti a chovají jako svébytné objekty, přičemž jejich chování neodpovídá chování jednotlivých zrnek písku, která dunu tvoří.

Samotné doménové stěny nejsou novinkou. Vědci je pozorovali již dříve, při studiu kvantových materiálů. Doposud ale nebyli schopni tyto stěny cíleně vytvářet a analyzovat je. Tým University of Chicago předvedl, že je to možné. A hned se jim povedlo pozorovat krajně neobvykle chování doménových stěn. Jak říká vedoucí laboratoře Cheng Chin, jsou s kolegy zběhlí v manipulování atomů. A vědí, že když zatlačí atom směrem doprava, pohne se doprava. Jenomže když stejně zatlačíte na doménovou stěnu, posune se doleva.

Logo. Kredit: University of Chicago.

Výzkum kvantových jevů, jako jsou doménové stěny, má velký význam pro budoucí rozvoj kvantových technologií. Podle China mohou doménové stěny přispět k vývoji programovatelného kvantového materiálu či kvantového procesoru. Zajímavé jsou ale i pro astrofyziky. Doménové stěny totiž mohly hrát významnou roli v extrémních podmínkách čerstvě zrozeného vesmíru, brzy po Velkém třesku. Zřejmě držely u sebe první částice, když se shlukovaly, aby z nich později vznikly galaxie, hvězdy a planety, jak je známe dnes.

Literatura

University of Chicago 7. 2. 2022.

Nature 602: 68–72.