Интерес Розенбаума к странным свойствам кристаллического вещества разделяла и Саянтани Гош, одна из его многообещающих аспиранток. Сай, как ее зовут друзья, родилась в Индии и, окончив Кембридж с отличием, в 1999 году выбрала для аспирантуры лабораторию Тома. Практически сразу она отличилась тем, что получила награду Грегора Вентцеля, которую Чикагский университет присуждает лучшему аспиранту первого года, ведущему занятия. Худенькая 23-летняя девушка, производившая поначалу впечатление скромницы, словно прятавшей лицо за копной черных волос, вскоре поразила как ровесников, так и преподавателей своей энергичностью и самоуверенностью, столь редко встречающейся среди студентов-естественников, а также способностью переводить сложные идеи на уровень, доступный любому студенту. Сай стала второй женщиной, удостоившейся заветной награды Вентцеля за все 25 лет ее существования.
Согласно законам классической физики, применение магнитного поля должно разрушать магнитную согласованность атомов вещества. Степень повреждений структуры называется «магнитной восприимчивостью». Обычно неупорядоченные вещества реагируют на магнитное поле, а затем успокаиваются, когда температура падает или магнитное поле достигает точки магнитной насыщенности. Атомы больше не могут двигаться в том же направлении, что и магнитное поле, и поэтому начинают замедляться.
В первых экспериментах Сай атомы фтористо-гольмиево-литиевой соли начинали «сходить с ума» при воздействии на них магнитного поля. Но затем, когда Сай увеличивала мощность поля, начинало происходить что-то странное. Чем больше она увеличивала частоту, тем быстрее сновали атомы. Более того, все атомы, находившиеся в состоянии неупорядоченности, ориентировались в одном направлении и действовали как единое целое. Затем небольшие группы, примерно из 260 атомов, выстраивались в линию и образовывали осцилляторы
[27], вместе поворачиваясь в ту или иную сторону. Вне зависимости от того, насколько интенсивным было магнитное поле, применяемое Сай, атомы упрямо оставались соединенными друг с другом, действуя вместе. Такая самоорганизация сохранялась 10 секунд.
Сначала Сай и Розенбаум думали, что подобное явление может быть связано со странными эффектами сохранившихся атомов гольмия. Это один из немногих известных элементов, обладающих настолько «долгоживущими» внутренними силами, что в некоторых источниках они были описаны как нечто существующее в ином измерении, что получило и математическое выражение
[28]. Хотя ученые и не понимали данный феномен, они все же опубликовали свои результаты в журнале «Наука» в 2002 году
[29].
Розенбаум решил провести другой эксперимент и попытаться выявить свойство кристалла, позволяющее ему выдерживать настолько сильные внешние воздействия. Он поручил разработку исследования своей молодой талантливой аспирантке, посоветовав ей создать компьютерную трехмерную модель эксперимента, который она намеревалась провести. В исследованиях такого рода физикам приходится полагаться на компьютерные модели для математического подтверждения реакций, которые они наблюдают.
Сай на протяжении нескольких месяцев разрабатывала компьютерный код и создавала свою модель. Она намеревалась выяснить как можно больше о магнитных свойствах соли с помощью воздействия на нее как высокими температурами, так и сильным магнитным полем.
Она подготовила препарат, поместив его на небольшую, 2,5 на 5 см, медную подставку, после чего обернула кристалл двумя кольцами: первое было градиометром для измерения магнитной восприимчивости и направления вращения отдельных атомов, а второе было необходимо, чтобы отделить любые случайные потоки, оказывающие внешнее воздействие на атомы.
Подключив это устройство к компьютеру, она смогла регулировать напряжение, магнитное поле или температуру и записывать любые изменения даже при совсем незначительных отклонениях переменных.
Она начала понижать температуру по доле градуса шкалы Кельвина, а после применила сильное магнитное поле. К ее изумлению, атомы продолжали выстраиваться в линию. Тогда она подняла температуру, но атомы снова упорядочились. Что бы она ни делала, атомы каждый раз игнорировали внешнее воздействие. Хотя они с Томом изъяли большую часть магнитных компонентов вещества, оно продолжало становиться все более сильным магнитом.
Сай решила, что это очень странно. Возможно, следовало собрать больше данных, просто чтобы удостовериться, что они не внесли ничего лишнего в систему.
Она повторяла свой эксперимент на протяжении шести месяцев, и весной 2002 года ее компьютерная модель была наконец завершена. Однажды вечером она изобразила результаты компьютерной модели в виде графика, а затем наложила сверху результаты своего реального эксперимента. Они идеально совпали. На экране компьютера была точная копия графика, составленного на основании практических данных. То, что она наблюдала в маленьком кристалле, не было случайным искажением, это было реальностью, которую ей удалось воспроизвести с помощью компьютера. Она даже обозначила места на графике, где должны были располагаться атомы, если бы они подчинялись обычным законам физики. Но атомы выстраивались в линию – так, как им хотелось.
В тот же вечер она написала Розенбауму защищенное паролем сообщение: «Я хочу показать вам кое-что интересное утром». На следующий день они рассмотрели график. Картина была однозначной, они оба это понимали – атомы игнорировали внешние воздействия, подчиняясь вместо этого соседним атомам. Вне зависимости от того, воздействовала ли Сай на кристалл сильным магнитным полем или повышала температуру, атомы преодолевали внешние воздействия.
Единственным объяснением было то, что атомы в таком кристалле были внутренне организованы и вели себя так, как будто они были единым гигантским атомом. Ученые внезапно осознали: все атомы должны быть взаимосвязаны.
Одним из наиболее странных аспектов квантовой физики является феномен нелокальности, которую также образно называют «квантовой запутанностью» или сцепленностью. Датский физик Нильс Бор открыл, что после контакта электронов и протонов эти субатомные частицы навсегда сохраняют «знание» друг о друге и оказывают моментальное взаимное влияние, какое бы расстояние их ни разделяло, несмотря на отсутствие того, что физики считают ответственным за всякое воздействие – взаимообмена силой или энергией. Когда частицы сцеплены, любое состояние одной из них, например магнитная ориентация, всегда будет влиять на состояние другой, вне зависимости от того, насколько далеко они находятся друг от друга. Эрвин Шрёдингер, еще один разработчик квантовой теории, был убежден, что открытие нелокальности является определяющим моментом квантовой теории, ее ключевым свойством и предпосылкой.
