Τα συμπυκνώματα Bose-Einstein είναι μια ιδανική πλατφόρμα για να εξερευνήσετε δυναμικά φαινόμενα που εμφανίζονται στο όριο πολλών σωμάτων. Ένα νέφος μεμονωμένων ατόμων σε αυτή την κατάσταση συμπεριφέρεται συλλογικά ως ένα ενιαίο ρευστό. Αυτό το κβαντικό ρευστό μπορεί να ρέει χωρίς αντίσταση – είναι υπερρευστό.
Δύο υπερρευστά μπορούν να υπάρχουν ταυτόχρονα σε υπερψυχρά ατομικά νέφη. Μέχρι τώρα η συνύπαρξή τους δεν μπορούσε να παρατηρηθεί πειραματικά. Τώρα, όμως, φυσικοί από Πανεπιστήμιο Χαϊδελβέργης έχουν δείξει ένα τέτοιο μαγνητικό κβαντικό ρευστό – είναι ρευστό με δύο τρόπους – σε ένα ατομικό αέριο.
Ο Markus Oberthaler, ερευνητής του Ινστιτούτου Φυσικής Kirchhoff, εξηγεί, «Τις τελευταίες δεκαετίες τα ατομικά συμπυκνώματα Bose-Einstein δημιουργήθηκαν από πολύ διαφορετικούς τύπους ατόμων όπως το νάτριο και το ρουβίδιο, αλλά πιο πρόσφατα και από πιο «εξωτικά» άτομα όπως το έρβιο και το δυσπρόσιο».
«Τα περισσότερα από αυτά τα άτομα παρουσιάζουν επίσης εσωτερικούς βαθμούς ελευθερίας – έχουν σπιν και συμπεριφέρονται σαν μικροί μαγνήτες. Αυτό μπορεί, καταρχήν, να προκαλέσει επίσης το φαινόμενο του Συμπύκνωση Bose-Einstein, αλλά αυτό δεν έχει παρατηρηθεί ακόμα πειραματικά. Αυτή η επίδειξη είναι πλέον δυνατή με ένα υπερψυχρό νέφος ατόμων ρουβιδίου».
Η μέθοδος που ονομάζεται ψύξη με εξάτμιση χρησιμοποιείται συνήθως για την παρασκευή ενός συμπυκνώματος Bose-Einstein. Αυτή η εργασία μοιάζει με την ψύξη του καφέ σε ένα φλιτζάνι φυσώντας πάνω του.
Τα γρηγορότερα άτομα στην επιφάνεια του καφέ απορρίπτονται και περιμένει κανείς μέχρι να ηρεμήσουν τα υπόλοιπα άτομα σε ψυχρότερη θερμοκρασία. Αυτό είναι εξαιρετικά δύσκολο για μια περιστροφή, έτσι οι φυσικοί της Χαϊδελβέργης επέλεξαν μια άλλη μέθοδο.
Ο Δρ Maximilian Prüfer είπε, Αρχικοποιήσαμε το σύστημα μακριά από την ισορροπία και περιμέναμε μέχρι τα άτομα ρουβιδίου να φτάσουν σε μια νέα κατάσταση ισορροπίας. Αυτό που στην αρχή φαινόταν λιγότερο διαισθητικό αποδείχθηκε εξαιρετικά αποτελεσματικό».
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν συγκεκριμένες τεχνικές ανίχνευσης και διαταραχής που δημιουργήθηκαν μόνο για τη δημιουργία και τον εντοπισμό αυτής της κατάστασης. Παρατήρησαν ότι το σπιν έγινε επίσης υπερρευστό μαζί με τον κινητικό βαθμό ελευθερίας. Έτσι, υπάρχουν δύο τρόποι με τους οποίους τα μαγνητικά κβαντικά ρευστά μπορούν να γίνουν εξαιρετικά ρευστά.
Markus Oberthaler, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας «Συνθετικά Κβαντικά Συστήματα», η οποία είναι επίσης μέρος της ομάδας αριστείας δομών του Πανεπιστημίου της Χαϊδελβέργης, είπε, «Οι νέες ερευνητικές μας μέθοδοι μας επιτρέπουν όχι μόνο να χαρακτηρίσουμε το συμπύκνωμα, αλλά θα μας επιτρέψουν επίσης να κατανοήσουμε καλύτερα την πορεία από τη μη ισορροπία σε αυτήν την κατάσταση».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Prüfer, Μ., Spitz, D., Lannig, S. et αϊ. Συμπύκνωση και θερμοποίηση ενός εύκολου επιπέδου σιδηρομαγνήτη σε αέριο σπινορ Bose. Nat. Phys. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01779-6
