Сотрудники американского Объединённого квантового института зарегистрировали эффект Холла в бозе-эйнштейновском конденсате атомов рубидия.

Традиционно эффект Холла наблюдают в проводниках (для определённости представим себе медную пластину, вдоль которой течёт ток), помещённых в магнитное поле. Последнее ориентируется под прямым углом к току. Нетрудно предсказать, что носители заряда под действием силы Лоренца будут отклоняться в направлении, перпендикулярном и линии их изначального движения, и магнитному полю.

В результате у противоположных краёв пластины накапливается отрицательный и положительный заряд. Возникающую при этом поперечную разность потенциалов (холловское напряжение) американский физик Эдвин Холл обнаружил в 1879 году — за 18 лет до открытия электрона. Позже было установлено, что эффект и связанные с ним явления хорошо подходят для построения самых разных измерительных методик, позволяющих, к примеру, оценить плотность носителей тока в полупроводниках или создать чувствительный магнитометр.

Геометрия экспериментов, в которых обычно регистрируется эффект Холла.

«Система холодных атомов представляется удобной моделью для исследования эффекта Холла, — говорит руководитель научной группы Линдсей Леблан (Lindsay LeBlanc). — Такие системы не имеют рассеивающих дефектов и примесей, что упрощает их описание. Кроме того, атомы движутся гораздо медленнее, чем электроны в твёрдом теле».

В опыте, поставленном г-жой Леблан и её коллегами, бозе-эйнштейновский конденсат подготавливался на основе ~200 000 атомов рубидия-87 и захватывался в точке пересечения двух лазерных пучков. Поскольку атомы нейтральны, влияние силы Лоренца и ток авторам пришлось имитировать. С этой целью они синтезировали искусственное магнитное поле с помощью двух дополнительных встречных лазерных пучков и реального градиента магнитного поля, а также модулировали удерживающий потенциал, заставляя конденсат сжиматься и разжиматься в выбранном направлении.

При включении искусственного поля и атомарного «тока» движение атомов, по словам исследователей, превратилось в полный математический эквивалент движения заряженных частиц, попадающих под действие эффекта Холла.

Отчёт об экспериментах с конденсатом рубидия-87 опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.