Bose-Einstein-kondensater er en ideel platform til at udforske dynamiske fænomener, der dukker op i mange-kropsgrænsen. En sky af individuelle atomer i denne tilstand opfører sig kollektivt som en enkelt væske. Denne kvantevæske kan strømme uden modstand - den er superflydende.
To supervæsker kan eksistere på samme tid i ultrakolde atomskyer. Indtil nu kunne deres sameksistens ikke observeres eksperimentelt. Nu er dog fysikere fra Heidelberg Universitet har påvist sådan en magnetisk kvantevæske – den er flydende på to måder – i en atomart gas.
Markus Oberthaler, en forsker ved Kirchhoff Institute for Physics, forklarer, "I de seneste årtier blev atomare Bose-Einstein-kondensater skabt af meget forskellige typer atomer såsom natrium og rubidium, men for nylig også fra mere "eksotiske" atomer som erbium og dysprosium."
“De fleste af disse atomer udviser også indre frihedsgrader – de har et spin og opfører sig som små magneter. Dette kan i princippet også give anledning til fænomenet Bose-Einstein kondens, men dette er ikke blevet eksperimentelt observeret endnu. Denne demonstration er nu mulig med en ultrakold sky af rubidiumatomer."
Metoden kaldet evaporativ køling bruges normalt til at fremstille et Bose-Einstein-kondensat. Dette arbejde ligner at køle kaffe i en kop ved at blæse på den.
De hurtigste atomer ved kaffens overflade blæses væk, og man venter, indtil de resterende atomer hviler ved en køligere temperatur. Dette er ekstremt svært for et spin, så Heidelberg-fysikere valgte en anden metode.
Dr. Maximilian Prüfer sagde, "Vi initialiserede systemet langt fra ligevægt og ventede, indtil rubidium-atomerne nåede en ny ligevægtstilstand. Det, der i starten virkede mindre intuitivt, viste sig at være ekstremt effektivt."
Forskerne brugte særlige detektions- og forstyrrelsesteknikker, der er skabt netop til denne tilstands skabelse og sporing. De bemærkede, at spindet også blev superflydende sammen med den bevægelsesmæssige frihedsgrad. Der er således to måder, hvorpå magnetiske kvantevæsker kan blive overordentlig flydende.
Markus Oberthaler, leder af forskningsgruppen "Synthetic Quantum Systems", som også er en del af STRUCTURES Cluster of Excellence ved Heidelberg University, sagde, "Vores nye forskningsmetoder giver os ikke kun mulighed for at karakterisere kondensatet, men vil også give os mulighed for bedre at forstå vejen fra ikke-ligevægt til den tilstand."
Journal Reference:
- Prüfer, M., Spitz, D., Lannig, S. et al. Kondensering og termalisering af en letflydende ferromagnet i en spinor Bose-gas. Nat. Phys. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01779-6
