Учёные из Америки и Канады решили объединиться для решения очень важной задачи: моделирования ферромагнетизма в газе. Ученым удалось принудительно заставить газ вести себя как металл, при этом же они доказали, что материалу не обязательно иметь кристаллическую структуру для проявления намагниченности.

Ферромагнетики, находясь ниже определённого уровня температуры, очень сильно намагничиваются даже без внешнего магнитного поля. Много лет учёные пытались объяснить, почему так происходит.

Давно ясно, что в кристаллической решётке железа, никеля и других магнитных материалов "живут" электроны, каждый из которых представляет собой как бы маленький магнит. При определённой температуре неспаренные электроны начинают спонтанно выравниваться в одном и том же направлении, образуя домены, в которых все спины электронов смотрят в одну сторону. Но почему происходит выравнивание внутри домена?

Объяснение в 30-х годах прошлого столетия предложил английский теоретик Эдмунд Клифтон Стонер (Edmund Clifton Stoner). Он предположил, что выравнивание электронов (при сильном отталкивании) приводит к понижению общей энергии, а заодно он построил простую математическую модель всех взаимодействий. Но как доказать, что модель и вправду имеет право на существование?

Можно попробовать смоделировать магнитное поведение электронов в газе (ведь в металле электроны тоже ведут себя как газ). Вместо электронов было предложено использовать другие фермионы, однако никто так и не смог создать соответствующую систему.

Физики из Массачусетского технологического института попробовали воспроизвести процесс выравнивания с помощью облака ультрахолодных атомов Лития-6. Этот элемент вполне подходит на роль модели облака электронов, так как состоит из нечётного числа фермионов, а значит и сам считается составным фермионом. Атомы Лития-6 также ведут себя как маленькие магнитики, которые могут выравниваться (но в природе этого не происходит, взаимодействие недостаточное).

Учёные поймали противоположно вращающиеся атомы лития инфракрасным лазером и охладили их до несколько миллиардных долей кельвина, то есть практически до абсолютного нуля. Приложив магнитное поле, они заставили их всё сильнее отталкиваться друг от друга.

Провести такой эксперимент было непросто, так как два атома так и норовили столкнуться и образовать молекулу. Тем не менее, физикам удалось разглядеть три признака выравнивания атомов в газе с последующим намагничиванием незримой субстанции.

Во-первых, когда сила отталкивания достигла некоторого критического значения, скорость образования молекул резко возросла, а затем столь же резко упала. Значит, атомы начали выравниваться и избегать друг друга. Во-вторых, кинетическая энергия газа, как и ожидалось, стала возрастать. И наконец, размеры облачка достигли апогея в момент критического отталкивания.

Из-за того что проводивший опыт Вольфганг Кеттерле и его коллеги не смогли напрямую наблюдать доменную структуру газа (что несомненно стало бы неопровержимым доказательством ферромагнетизма), многие исследователи поставили под сомнение сделанные ими выводы.

Однако, что бы не происходило в эксперименте, другого приемлемого теоретического объяснения происходящему всё равно пока не существует. Детально разобраться во всех тонкостях исследования можно, прочитав статью авторов в журнале "Science".