Fraktsiooniline kvant Halli olek ilmub ülikülmades aatomites – füüsikamaailm

USA Harvardi ülikooli füüsikud lõid esimest korda ülikülmade aatomite gaasis uudse tugevalt interakteeruva kvantvedeliku, mida nimetatakse Laughlini olekuks. Olekut, mis on fraktsionaalse kvanthalli (FQH) oleku näide, oli varem nähtud kondenseerunud ainesüsteemides ja footonites, kuid aatomite vaatlused olid rangete eksperimentaalsete nõuete tõttu rasked. Kuna aatomisüsteemid on lihtsamad kui nende kondenseerunud ainetega analoogid, võib tulemus anda värskeid teadmisi fundamentaalfüüsikast.

"Mõned kondenseerunud aine füüsika kõige intrigeerivamad nähtused ilmnevad siis, kui piirate elektronid kahes mõõtmes ja rakendate tugevat magnetvälja," selgitab Julian Leonard, järeldoktor Rubiidiumi labor Harvardis aastal ilmunud artikli juhtiv autor loodus uue teose kohta. "Näiteks võivad osakesed kollektiivselt käituda nii, nagu oleks neil laeng, mis moodustab vaid murdosa elementaarlaengust – midagi, mida mujal looduses ei esine ja mille standardmudel välistab isegi kõigi põhiosakeste jaoks."

Selliste osalaengute tekkimise viis pole siiani täielikult mõistetav, sest tahkissüsteeme on raske aatomiskaalal uurida. Seetõttu on nii soovitav uurida FQH-de käitumist sünteetilistes kvantsüsteemides, näiteks külmades aatomites, mis toimivad keerukamate kondenseeritud aine nähtuste kvantsimulaatoritena.

Näiteks hiljutises uuringus jälgisid Harvardi meeskonna liikmed otse oma aatomisüsteemi osakesi, mis liiguvad üksteise ümber ringikujuliselt, pigem nagu "tantsijad valsis", ütleb Léonard. "See keerise liikumine on tahkises proovis nägemiseks liiga väike, kuid me suudame selle oma katsega lahendada, " ütleb ta. Füüsika maailm.

Pannes aatomid käituma rohkem nagu elektronid

Laughlini oleku loomiseks kasutasid Léonard ja kolleegid kattuvaid laserkiire, et moodustada valgusest valmistatud perioodiline võrepotentsiaal. Seejärel paigutasid nad aatomid igasse võrekohta ja häälestasid kiirte parameetrid nii, et aatomid said vabalt kohtade vahel hüpata. See seadistus jäljendab perioodilist potentsiaali, mida elektronid kogevad kristallilises tahkes aines, selgitab Léonard. "Ainus erinevus seisneb selles, et meie tehiskristall on rohkem kui 1000 korda suurem, nii et saame vaadelda ja juhtida iga "elektroni" optilise mikroskoobiga, " ütleb ta.

Harvardi meeskonna üks peamisi väljakutseid oli jäljendada elektronide reaktsiooni magnetväljadele. Kui negatiivselt laetud elektronid kogevad magnetvälja asetamisel jõudu (Lorenzi jõudu), mis on nende liikumisega risti, siis uuel platvormil elektronide rolli mängivad aatomid on elektriliselt neutraalsed, mis tähendab, et see jõud puudub. Seetõttu pidid teadlased "petma" aatomeid, et nad käituksid magnetväljas rohkem nagu elektronid.

Selleks tuginesid nad asjaolule, et kui elektronid liiguvad ümber magnetvälja, omandab nende lainefunktsioon faasi. Seda tuntakse kui Aharonovi-Bohmi efekt, ja Léonard selgitab, et nad suutsid luua ekvivalendi külmades aatomites. "Oma katsetes kasutasime mitut laserkiirt, mis rakendasid aatomite lainefunktsioonidele täpselt seda faasi, " ütleb ta.

Augud näitavad esimest murdosa kvantimist

Igaühe vaatlemise võimalus

Léonard lisab, et meeskond seisis silmitsi väljakutsetega FQH olekute jälgimiseks vajaliku tugeva, täpselt konstrueeritud magnetvälja loomisel, mis oli varem laborikatsete jaoks kättesaamatu. "Oleme nüüd esimest korda näidanud, et kvantsimulaatoris on võimalik uurida tugevalt korrelatsiooniga süsteeme magnetvälja all, " ütleb ta. "Seetõttu on nüüd võimalik selliseid olekuid uurida mikroskoopilisel tasemel ja koguda nende kohta uusi teadmisi. Võime isegi avastada täiesti uusi nähtusi, mis seni on jäänud kättesaamatuks.

Kuigi teadlaste poolt täheldatud FQH Laughlini oleku aatomite arv on väike, vaid kaks aatomit 16 võresaidis, usub meeskond, et süsteemi suurust saab suurendada. "Suurem süsteem võimaldab meil saada veelgi parema ülevaate FQH-efekti aluseks olevast füüsikast ja üks aspekt, mida me eriti põnevil jälgime, on selliste süsteemide ergastused," ütleb Léonard. "Arvatakse, et need ei ole fermionid ega bosonid, vaid nn anyoonid, mis on täiesti uut tüüpi osakesed, mis jäävad väljapoole meie tavapärast kvantstatistika klassifikatsiooni."

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Autod/elektrisõidukid, Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• BlockOffsets. Keskkonnakompensatsiooni omandi ajakohastamine. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/fractional-quantum-hall-state-appears-in-ultracold-atoms/