Forskare vid TU Wien har utvecklat ett kvantsystem med ultrakalla rubidiumatomer som låter energi och massa flöda med perfekt effektivitet och trotsar vanlig resistans. Instängda på en enda linje kolliderar atomerna oändligt utan att sakta ner, och efterliknar ett Newtons vagel. Upptäckten, publicerad i Science, belyser en ny form av transport i kvantgaser.
I ett banbrytande experiment har forskare vid Tekniska universitetet i Wien (TU Wien) konstruerat en kvant-'tråd' av tusentals rubidiumatomer kylda till ultralåga temperaturer. Genom att använda magnetiska och optiska fält för att begränsa atomernas rörelse till en rak linje observerade teamet transport av energi och massa som förblir oförminskad trots otaliga kollisioner. Denna uppställning utmanar konventionell fysik, där flöden som elektricitet eller värme vanligtvis möter resistans från friktion och spridning. Istället uppvisar den atomära gasen perfekt ledningsförmåga, med rörelse som fortplantar sig rent genom systemet. «I princip finns det två mycket olika typer av transportfenomen», förklarar Frederik Møller från Atominstitutet vid TU Wien. «Vi talar om ballistisk transport när partiklar rör sig fritt och täcker dubbelt avståndet på dubbelt så lång tid—som en kula som reser i rät linje». Det observerade beteendet överträffar dock ballistisk och diffusiv transport. «Genom att studera den atomära strömmen kunde vi se att diffusionen är i princip helt undertryckt», noterar Møller. «Gasen beter sig som en perfekt ledare; trots otaliga kollisioner mellan atomerna flödar kvantiteter som massa och energi fritt utan att dissipieras i systemet». Effekten liknar en kvant-Newtons vagel, där rörelsemängden överförs direkt utan förlust. «Atomerna i vårt system kan bara kollidera längs en enda riktning», säger Møller. «Deras rörelsemängder sprids inte utan byts bara mellan kollisionspartnerna. Varje atoms rörelsemängd bevaras—den kan bara överföras, aldrig förloras». Detta förhindrar att gasen når termisk jämvikt och ger insikter i kvantresistans. «Dessa resultat visar varför en sådan atommoln inte termaliseras—varför det inte fördelar sin energi enligt termodynamikens vanliga lagar», tillägger Møller. «Att studera transport under sådana perfekt kontrollerade förhållanden kan öppna nya sätt att förstå hur resistans uppstår eller försvinner på kvantnivån». Resultaten presenteras i en artikel med titeln 'Characterizing transport in a quantum gas by measuring Drude weights', publicerad i Science 2025 av författare inklusive Philipp Schüttelkopf, Mohammadamin Tajik och Jörg Schmiedmayer.
