Eksperimentalni tim je u laboratoriji stvorio novo fazno stanje kvantne materije — frakcionalno Fermi more — koristeći ~70.000 cezijumovih atoma ohlađenih na nekoliko nanoKelvina. Atomi su bili zarobljeni u jednodimenzionalnim optičkim cevima i izloženi ciklusima jakog odbijanja i privlačenja, što je umesto zagrevanja dovelo do reorganizacije u uredno, kolektivno stanje. Stanje pokazuje skrivenu uređenost kroz korelacije i Friedelove oscilacije; rezultati su objavljeni u Physical Review Letters i na arXiv.
Stvoreno „frakcionalno Fermi more“ — novi, egzotični fazni oblik kvantne materije
Computer model of a similar state of matter, a Bose-Einstein condensate, illustrating the wave-like action of atoms that have been chilled to just fractions of a degree above absolute zero. (NASA/NIST)
Na ekstremno niskim temperaturama ponašanje materije prelazi u domen kvantne mehanike i postaje neočekivano — atomi mogu provoditi struju bez otpora, formirati koherentne „super-čestice“, teći bez trenja ili se čak penjati uz zidove svojih posuda.
(ScienceAlert)
U najnovijem eksperimentu istraživači su u laboratoriji stvorili potpuno novu fazu kvantne materije, koju nazivaju frakcionalno Fermi more. Tim iz Insbruka i saradnici koristili su približno 70.000 atoma cezijuma ohlađenih na svega nekoliko nanoKelvina (nK) — milijarditih delova stepena iznad apsolutne nule — i zatvorili ih u jednodimenzionalne „cevke“ formirane dvodimenzionalnom optičkom mrežom.
Computer model of a similar state of matter, aBose-Einstein condensate, illustrating the wave-like action of atoms that have been chilled to just fractions of a degree above absolute zero.(NASA/NIST)
Kako je izveden eksperiment
Istraživači su izazivali ponovljene cikluse interakcija između atoma: naizmenično su ih prisiljavali da se snažno odbijaju, a zatim da se snažno privlače. Umesto da jednostavno zagreje sistem i razbije urednost, taj proces je doveo do reorganizacije sistema i pojave novog, koherentnog mnogočestvenog stanja.
Subscribe to ScienceAlert's free fact-checked newsletter
„Umesto da jednostavno zagreje sistem, ciklus interakcija reorganizuje atome u novo stanje mnogih tela,“ kaže Yi Zeng, vodeći autor rada sa Univerziteta u Insbruku.
Vođa eksperimenta, Hanns-Christoph Nägerl, dodaje da je novo stanje „visoko ekscitovano, ali nije nasumično — ima skriveni red koji postaje vidljiv kroz korelacije među česticama.“
Illustration of ultra-cold cesium atoms being coerced into a hidden, ordered state after being subjected to interaction cycles comprising rounds of repulsion and attraction. (University of Innsbruck)
Šta znači „frakcionalno“
Dok bozoni mogu zauzimati isto kvantno stanje bez ograničenja, fermioni podležu Pauli-jevom principu i ne mogu se preklapati. Frakcionalno Fermi more predstavlja neku vrstu „između“: kvantna stanja su delimično popunjena, što se čini moguće u uvjetima nižih dimenzija i uz snažne, kontrolisane interakcije. Kao ključni dokaz pojavljuju se Friedelove oscilacije, prostorne korelacije koje ukazuju na neobičnu raspodelu gustoće i ponašanje kvazičestica.
Zašto je to važno
Ovaj rezultat pokazuje da se kroz kvantne simulacije ne samo reprodukuju poznati modeli, već i da se mogu kreirati nove faze koje prevazilaze postojeće paradigme. Takva kontrola nad hladno-atomskim sistemima otvara put za dalje istraživanje fundamentalnih mnogodelnih efekata i može imati implikacije za kvantno informaciono procesiranje, senzore visoke preciznosti i razvoj novih materijala.
Rad je objavljen u časopisu Physical Review Letters i dostupan je na pre-print serveru arXiv. Među autorima i komentatorima pominju se Alvise Bastianello (CNRS, Université Paris-Dauphine), Yi Zeng (University of Innsbruck) i Hanns-Christoph Nägerl (University of Innsbruck).
Napomena: istraživanje je eksperimentalno i teorijsko, a naučnici još razjašnjavaju kako najbolje imenovati kvazičestice i koliko će dalekosežne biti praktične primene.
Pomozite nam da budemo bolji.
