แนวคิดจากปี 1931
ในปี 1931 นักฟิสิกส์ฮันส์ เบธเสนอว่าอนุภาคในระบบควอนตัมหนึ่งมิติบางระบบสามารถรวมตัวกันเป็นสถานะหมู่ สถานะเหล่านั้นต่อมาได้ชื่อของเขา ต่างจากโมเลกุล เบธสตริงส์ไม่ได้ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะเคมี อนุภาคยังคงยึดเหนี่ยวกันเพราะวิธีที่มันมีปฏิสัมพันธ์กัน และสถานะเหล่านี้สามารถดำรงอยู่ได้ในหนึ่งมิติเท่านั้น
เกือบหนึ่งศตวรรษที่มันเป็นเพียงแนวคิดทางทฤษฎีเป็นส่วนใหญ่ ทีมที่มหาวิทยาลัยอินส์บรุคได้สร้างและตรวจจับมันได้ในก๊าซของอะตอมเย็นจัด โดยร่วมงานกับกลุ่มทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัมและมหาวิทยาลัยเทคนิคมิวนิก งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications
อะตอมเย็นในหลอดแคบ
การทดลองซึ่งนำโดยฮันส์-คริสตอฟ เนเกิร์ล เริ่มจากกลุ่มเมฆของอะตอมซีเซียมที่ทำให้เย็นลงถึงภายในไม่กี่พันล้านส่วนขององศาจากศูนย์สัมบูรณ์ นักวิจัยจากนั้นแยกเมฆออกเป็นหลอดแคบมากหลายพันหลอด ภายในแต่ละหลอดอะตอมสามารถเคลื่อนที่ได้เพียงทิศทางเดียว ซึ่งสร้างสภาพแวดล้อมหนึ่งมิติที่สตริงส์ต้องการ
ทีมยังสามารถปรับความแรงของปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมได้ เมื่อพวกเขาเปลี่ยนปฏิสัมพันธ์จากผลักเป็นดึงดูด อะตอมก็ยึดเหนี่ยวกันแทนที่จะยุบรวมเป็นกลุ่มเดียว พวกมันก่อตัวเป็นสถานะยึดเหนี่ยวขนาดต่างๆ กัน และกลุ่มที่ใหญ่กว่าบางกลุ่มมีอนุภาคหกตัวหรือมากกว่า
การชนที่ปล่อยให้สตริงส์คงอยู่
ส่วนที่ยากคือการพิสูจน์ว่าอนุภาคยึดเหนี่ยวกันจริง การทดสอบหนึ่งปล่อยให้สตริงส์ขยายตัวขณะยังถูกจำกัดอยู่ในหลอดของมัน ขณะที่ขยายตัว สตริงส์พบกันและชนกัน แต่โครงสร้างที่ยึดเหนี่ยวกันยังคงอยู่ "นี่เป็นลักษณะพิเศษของสตริงส์ พวกมันสามารถชนกันได้โดยไม่แตกออกจากกัน" มิเลนา ฮอร์วาธ ผู้เขียนหลักกล่าว
การทดสอบที่สองถอดการจำกัดและปล่อยให้อะตอมกระจายผ่านพื้นที่สามมิติ เนื่องจากเบธสตริงส์ดำรงอยู่ได้ในหนึ่งมิติเท่านั้น สถานะยึดเหนี่ยวจึงแตกออก และพลังงานที่เคยยึดเหนี่ยวพวกมันกลายเป็นการเคลื่อนที่ อะตอมจากนั้นกระจายเร็วขึ้น และพลังงานส่วนเกินนั้นให้ลายเซ็นที่ชัดเจนของสตริงส์แก่นักวิจัย
ทีมกล่าวว่าระบบนี้เสนอแพลตฟอร์มใหม่ที่ควบคุมได้สำหรับการศึกษาฟิสิกส์ควอนตัมหลายอนุภาค เบธสตริงส์เคยถูกพบมาก่อนในแม่เหล็กสถานะของแข็ง แต่อะตอมเย็นช่วยให้นักวิจัยปรับเรขาคณิต ความหนาแน่น และความแรงของปฏิสัมพันธ์ได้อย่างแม่นยำสูง