_ Fizicienii urmăresc cât de continuu modificările dimensionalității afectează proprietățile colective ale unui superfluid

O echipă internațională de cercetare de la Innsbruck și Geneva a testat, pentru prima dată, trecerea dimensională a materiei cuantice ultrarece. În regimul dintre una și două dimensiuni, particulele cuantice își percep lumea ca fiind 1D sau 2D în funcție de scara de lungime pe care sunt sondate: pentru distanțe scurte, lumea lor este 1D, dar este 2D pentru distanțe lungi.

Rezultatele obținute din măsurătorile de corelație tocmai au fost publicate în Nature Physics.

Locuitorii din orașele interioare din Manhattan sau Miami au știut de-a lungul timpului: pentru distanțe scurte, până la lungimea de un bloc, lumea din interiorul „canioanelor urbane” ale orașului pare a fi unidimensională. Este de preferat o singură direcție. Cu toate acestea, cu străzile transversale prezente pe distanțe mai lungi, lumea este bidimensională: este posibil ca cineva să exploreze direcția transversală atunci când călătoriți suficient de departe.

Particule cuantice, limitate la temperaturi ultra-scăzute în „canioane optice”. " cu posibilitatea de a realiza un tunel cuantic către canioanele învecinate, de asemenea, „știi” care este dimensionalitatea lor: sunt 1D pentru distanțe scurte, dar 2D pentru distanțe lungi. Un astfel de comportament a fost dezvăluit recent într-o lucrare comună de teorie a experimentului de către cercetători de la Departamentul de Fizică Experimentală de la Universitatea din Innsbruck și de la Departamentul de Fizica Materiei Cuantice de la Universitatea din Geneva.

Sisteme cuantice în dimensionalitate redusă și la temperaturi ultra-scăzute în regim de superfluiditate și degenerescență cuantică au devenit un domeniu bogat de cercetare. Superfluidele bidimensionale pot conține excitații topologice, iar sistemele unidimensionale care interacționează prezintă o multitudine de proprietăți neobișnuite, dintre care fermionizarea bozonilor este una dintre cele mai izbitoare.

Se cunosc puține lucruri despre regimul bozonilor. Crossover dimensional: Cum se conectează superfluidele bosonice 2D care interacționează puternic la bosonii fermionizați în 1D? Folosind atomii reci ca platformă de cercetare, încrucișarea dimensională poate fi acum studiată direct în experiment.

Într-un prim test, fizicienii au testat proprietățile de corelație ale bosonilor care interacționează limitați la cristale variabile de lumină. În dimensionalitatea mixtă, ei au găsit o dezintegrare caracteristică cu două pante pentru funcția de corelare cu un singur corp, oglindind faptul că particulele sunt 1D și 2D în același timp.

„Sistemul nostru este 1D și 2D simultan. ”, spune unul dintre autorii principali ai acestei lucrări, Yanliang Guo, care este post-doctorat la Innsbruck. „Depinde de modul în care interogăm sistemul.”

Hepeng Yao, un post-doctorat la Geneva, care a efectuat simularea numerică și analiza prin metode Monte Carlo cuantice de ultimă generație, este de acord. „Acum putem urmări direct modul în care schimbarea continuă a dimensionalității unui sistem afectează proprietățile colective ale unui superfluid.”

„Experimentele noastre ne-au rezervat o surpriză”, spune Yanliang Guo. „Având în vedere modelarea noastră numerică de înaltă calitate, acum putem folosi măsurătorile de corelație pentru a determina temperatura lichidelor noastre cuantice în 1D, 2D și între ele, cu o precizie foarte mare. Acest lucru ar putea deschide calea către noi descoperiri, pentru exemplu pentru explorarea evazivei faze de sticlă Bose.”

Hepeng Yao este de acord: „Măsurătorile de corelație, atunci când sunt făcute pentru bozoni la temperaturi foarte scăzute în prezența unui potențial aleatoriu, ar trebui să arate semnături ale Sticla Bose.”

Rezultatele vor servi drept punct de plecare pentru cercetări ulterioare asupra materiei cuantice de dimensiuni joase și a încrucișării sale dimensionale.

(Fluierul)