Ultra chladné atomy označované jako „perlový náhrdelník“

Vědci produkují jednorozměrný kvantový plyn

Kondenzát Bose-Einstein © ETH Curych
číst nahlas

Vědci z ETH Curych dokázali realizovat jednorozměrný kvantový plyn. V tomto plynu jsou atomy navlečeny jako perly a nemohou se hýbat. Vědci poprvé používají tento experiment ke zdůraznění mimořádné úlohy dimenzionality v kvantovém světě.

Několik mezinárodních výzkumných skupin je v současné době v procesu pronikání ultratenkých atomů do zcela nových fyzikálních domén. Za tímto účelem se studené plyny zavádějí do periodického interferenčního obrazce laserových paprsků. Výsledkem jsou tzv. Optické sítě, ve kterých jsou studené atomy udržovány ve vakuu pouze silou laserového světla. V optických mřížích hraje vzájemný kontakt atomů rozhodující roli a vede k úžasným kvantovým jevům, které jsou nyní experimentálně dostupné. V optické mříži je možná jedinečná kontrola polohy a pohybu atomů, takže existuje naděje na simulaci složitých kvantových systémů s optickými mřížkami. Takové kvantové simulátory by mohly v budoucnu poskytnout odpovědi na dosud nevyřešené otázky ve fyzice.

Kvantový svět v jedné dimenzi

Výzkumný tým v ETH Curych nyní uspěl v experimentu s ultracold atomy, aby vrhl světlo na mimořádnou roli dimenzionality v kvantových systémech. Zde lze potvrdit základní předpovědi. Chytré uspořádání laserových paprsků v experimentu ETH umožňuje vytvořit optickou mříž, ve které se atomy mohou pohybovat pouze po jedné linii. Podobně jako auta v tunelu se atomy v něm mohou pohybovat pouze dopředu nebo dozadu; pohyb na stranu nebo nahoru a dolů není možný. Na rozdíl od automobilů jsou ultrachlazené atomy v super tekutém stavu a mohou se pohybovat bez tření.

Ozařováním byly vytvořeny další laserové bariéry pro atomy podél směru pohybu. Jak se výška pravidelně uspořádaných bariér zvyšuje, pohyb atomů se zpomaluje a kontakt atomů nebo jejich hrbolů hraje stále větší roli. Kvůli srážkám je tento bod konečně dosažen, když jsou atomy náhle zmrazeny v pevné poloze. Tento izolační stav neumožňuje pohyb atomů bez tření a je charakterizován přítomností přesně jednoho nebo přesně dvou atomů mezi dvěma bariérami.

Bylo pozorováno silné kvantové kolísání

Vědci se vyrovnali s jednorozměrnou povahou systému studováním distribuce rychlosti atomů po vypnutí optické mřížky. V superfluidní fázi bylo možno pozorovat velmi úzkou distribuci, která se při přechodu do izolačního stavu náhle rozšířila. Měření ukázala dramatický posun v tomto přechodu, protože se zmenšil rozměr systému ze tří na jeden. Tento posun lze připsat silným kvantovým fluktuacím, které jsou charakteristické pro jednorozměrné systémy. zobrazit

Vysokoteplotní supravodivost jako výzva

Díky velmi přímému experimentálnímu podpisu fázového přechodu jsou vědci optimističtí, že v budoucnu lze pomocí optických mřížek simulovat mnoho kvantových systémů s mnoha těly. Zvláštní výzvou by bylo simulovat fyziku vysokoteplotních supravodičů s fermionickými atomy v optických mřížích. Navzdory intenzivnímu výzkumu supravodivost při vysokých teplotách stále uniká komplexnímu porozumění.

(Švýcarský federální technologický institut Z rich, 05.05.2004 - NPO)