
Канадские физики усовершенствовали методику получения изображений фермионных газов: теперь стало возможным получать двумерные «срезы» трехмерной системы атомов-фермионов с высоким разрешением и возможностью точного позиционирования. Авторы считают, что их исследование поможет в создании трехмерных изображений фермионных конденсатов. Работа опубликована в журнале Physical Review A.
Сначала ученые охладили атомы 40K до сверхнизких температур,
чтобы получить состояние так называемого фермионного конденсата — когда большая
часть фермиевских частиц занимает минимально возможные энергетические уровни. Для этого авторы
использовали методику ответного охлаждения, когда частицы «замораживаются» за
счет других атомов, которые гораздо проще охлаждать — за счет бозонов. 
Дело в том, что фермионы — частицы с полуцелым спином, и
согласно принципу Паули, два фермиона не могут занимать одно квантовое
состояние одновременно. Из-за этого система из нескольких фермионов будет
распределяться по энергетическим уровням. Это значит, что только один из атомов
будет находиться в состоянии с наименьшей энергией — у остальных она будет
выше. Если один из «последних» атомов получит даже небольшое количество энергии
— он «испарится», то есть перейдет на гораздо более высокий уровень. У бозонов
же нет запрета, не позволяющего занимать уровень с наименьшей энергией. Поэтому
охлаждать бозоны гораздо проще — малейшие флуктуации энергии не приводят к
сильному увеличению кинетической энергии, и частицы не так легко «испаряются». 
В качестве такой бозонной добавки авторы использовали атомы 87Rb. Поместив смесь 40K и 87Rb в
магнитную ловушку, ученые смогли охладить смесь стандартными методами (лазерным
и испарительным) до температур в 0,2 микрокельвин. Затем атомы рубидия
удалялись из системы, а 40K помещали в так называемую оптическую решетку — систему перекрещенных
лазерных лучей. При определенной конфигурации лазеров в такой системе
образуется периодический потенциал с минимумами и максимумами энергии. Такая структура
напоминает кристаллическую решетку — отсюда и ее название. 
