Цвірляйн і його колеги змогли частково компенсувати цей недолік і наблизитися до вирішення проблеми, вперше простеживши за тим, як взаємодіють один з одним атоми калію в хмарці з металевого "газу", охолодженого до температури, що перевищує абсолютний нуль на кілька міллікельвінов (мінус 273 градуса Цельсія ).
У такому стані, як розповідають вчені, хаотичний броунівський рух атомів і молекул фактично припиняється, і при досить сильному стисненні їх взаємодією починають управляти сили міжатомної тяжіння і відштовхування, що виникають в результаті кулоновских взаємодій між електронами і ядрами стикаються атомів.
Фізики з MIT знайшли оригінальний спосіб того, як змусити атоми вести подібні взаємодії контрольованим чином, і як при цьому можна стежити за цими процесами за допомогою нового типу електронного мікроскопа - так званого ферміонами мікроскопа, створеного в стінах MIT в минулому році.
Він може визначати і стежити за напрямком спина у електронів в кожному атомі калію в цій хмарі, "обстрілюючи" їх світлом і спостерігаючи за тим, як змінюються фотони при взаємодії з електронами.
Для спостережень за зіткненнями атомів вчені використовували спеціальну лазерну пастку, яка дозволила їм "сплюснути" хмара і зробити його двовимірним об'єктом. Після цього вони почали нарощувати число атомів всередині хмари і стежити за тим, як змінюється їх спин в результаті відштовхування атомів один від одного і появи в цій "товкучці" кулоновских взаємодій.
Спостерігаючи за змінами в спинах електронів і розподілом заряду в хмарі, вчені вперше змогли побачити те, як окремі атоми взаємодіють один з одним, і розглянути те, як положення атома щодо інших частинок впливає на його поведінку і рух. Наприклад, вчені з'ясували, що при певних умовах - зокрема, при сильному стисненні і при протилежних спинах - атоми часто об'єднуються в групи і пари, оточені порожнім "життєвим простором".
Подібні хмари атомів, на думку фізика, можна використовувати в якості своєрідного квантового симулятора для моделювання поведінки надпровідників і інших форм матерії, які сьогодні не до кінця розуміються вченими і які неможливо моделювати за допомогою звичайних комп'ютерів через надзвичайно високої складності цього завдання.
Ці дані критично важливі для розуміння того, як рухаються і взаємодіють один з одним пари електронів у високотемпературних надпровідниках, і розкриття самої суті явища надпровідності при температурах, близьких до кімнатних, укладає Цвірляйн.