Фізики пояснили дивну поведінку газу, який не підкоряється законам термодинаміки

• Дослідники виявили, що квантовий газ не нагрівається через динамічну локалізацію, що перешкоджає накопиченню енергії.
• Нове дослідження створило математичну модель, яка пояснює взаємодію атомів у квантовому газі, обмежуючи його здатність поглинати енергію.

Квантові системи вкотре кидають виклик класичній фізиці. Дослідники розібралися, чому особливий квантовий газ не нагрівається навіть тоді, коли в нього постійно "закачують" енергію. Виявилося, причина криється у взаємодії частинок і специфічному квантовому ефекті.

Про це пише Gizmodo з посиланням на відповідне дослідження команди науковців.

Дивіться також Фізики перевели тисячі атомів у стан "кота Шредінгера", наблизивши квантовий світ до реальності

Чому квантовий газ не нагрівається?

У звичному світі все просто: додаєш енергію – температура зростає, про це ми знаємо ще зі шкільного курсу термодинаміки. Але в квантовій фізиці цей закон, схоже, може працювати по-іншому.

Ще у 2025 році експеримент Університету Інсбрука показав, що спеціально підготовлений квантовий газ здатен фактично "відмовлятися" нагріватися навіть під впливом зовнішніх імпульсів.

Йшлося про систему з сильно взаємодіючих атомів, яку охолодили майже до абсолютного нуля. Після цього на неї впливали періодичними лазерними імпульсами – своєрідними "ударами" енергії. Спочатку атоми реагували, їхній рух активізувався, але з часом система несподівано стабілізувалася: зростання енергії припинилося, а разом із ним і нагрівання.

Фізики пояснюють це явищем динамічної локалізації. У таких умовах частинки перестають накопичувати енергію, навіть якщо зовнішній вплив не зникає. Це різко контрастує з класичною картиною, де будь-яка "підкачка" енергії зрештою призводить до нагрівання системи до дуже високих температур.

Що нового дізналися науковці?

Нове дослідження, результати якого опублікували в журналі Physical Review Letters, дало мікроскопічне пояснення цього ефекту. Вчені створили математичну модель, яка дозволяє відстежити взаємодію між окремими атомами. Саме ці сильні взаємодії змінюють поведінку системи в локальних "ґратках", обмежуючи здатність поглинати енергію.

Модель показала, що існує певний поріг: коли інтенсивність зовнішніх імпульсів або сила взаємодії перевищує його, система фактично "ламається" з точки зору енергопоглинання. Вона перестає приймати додаткову енергію – і, відповідно, не нагрівається.

Попри важливість відкриття, нова робота поки що теоретична. Дослідники визнають, що наступний крок – експериментально перевірити ці розрахунки. Водночас модель може пояснити поведінку й інших квантових систем, які іноді демонструють відхилення від класичних законів термодинаміки.

Втім, остаточних відповідей ще немає. Зокрема, фізики досі не знають, чи існує універсальний поріг для різної кількості частинок і чи зберігається ефект локалізації в більш складних умовах. Саме ці питання визначатимуть подальші дослідження у цій галузі.