Bose-Einstein-kondensaatit ovat ihanteellinen alusta monien kappaleiden rajassa esiin tulevien dynaamisten ilmiöiden tutkimiseen. Yksittäisten atomien pilvi tässä tilassa käyttäytyy yhdessä yhtenä nesteenä. Tämä kvanttineste voi virrata ilman vastusta – se on supernestettä.
Kaksi supernestettä voi esiintyä samanaikaisesti ultrakylmissä atomipilvissä. Toistaiseksi niiden rinnakkaiseloa ei ole voitu havaita kokeellisesti. Nyt kuitenkin fyysikot alkaen Heidelbergin yliopisto ovat osoittaneet sellaisen magneettisen kvanttifluidin – se on nestettä kahdella tavalla – an atomikaasu.
Markus Oberthaler, Kirchhoff Institute for Fysics -tutkija, selittää, "Viime vuosikymmeninä atomi Bose-Einstein-kondensaatteja on luotu hyvin erilaisista atomeista, kuten natriumista ja rubidiumista, mutta viime aikoina myös "eksoottisemmista" atomeista, kuten erbium ja dysprosium.
”Useimmilla näistä atomeista on myös sisäisiä vapausasteita – niillä on spin ja ne käyttäytyvät kuin pienet magneetit. Tämä voi periaatteessa aiheuttaa myös ilmiön Bose-Einsteinin kondensaatio, mutta tätä ei ole vielä kokeellisesti havaittu. Tämä esittely on nyt mahdollista erittäin kylmällä rubidiumatomipilvellä."
Haihdutusjäähdytykseksi kutsuttua menetelmää käytetään yleensä Bose-Einstein-kondensaatin valmistukseen. Tämä työ on samanlainen kuin kahvin jäähdyttäminen kupissa puhaltamalla siihen.
Kahvin pinnan nopeimmat atomit puhalletaan pois ja odotellaan, kunnes jäljellä olevat atomit pysähtyvät viileämmässä lämpötilassa. Tämä on erittäin vaikeaa spinille, joten Heidelbergin fyysikot valitsivat toisen menetelmän.
Tri Maximilian Prüfer sanoi, "Alusimme järjestelmän kaukana tasapainosta ja odotimme, kunnes rubidiumatomit saavuttivat uuden tasapainotilan. Se, mikä aluksi tuntui vähemmän intuitiiviselta, osoittautui erittäin tehokkaaksi.
Tiedemiehet käyttivät erityisiä havaitsemis- ja häiriötekniikoita, jotka on luotu vain tämän tilan luomiseen ja jäljittämiseen. He huomasivat, että myös spin muuttui supernesteiseksi liikkeen vapausasteen ohella. Näin ollen on kaksi tapaa, joilla magneettisista kvanttinesteistä voi tulla erittäin nestemäisiä.
Markus Oberthaler, "Synthetic Quantum Systems" -tutkimusryhmän johtaja, joka on myös osa Heidelbergin yliopiston STRUCTURES Cluster of Excellence -ryhmää, sanoi, "Uudet tutkimusmenetelmämme antavat meille mahdollisuuden paitsi karakterisoida kondensaattia, myös auttaa meitä ymmärtämään paremmin tietä epätasapainosta tähän tilaan."
Lehden viite:
- Prüfer, M., Spitz, D., Lannig, S. et ai. Helppotasoisen ferromagneetin kondensaatio ja lämpökäsittely spinor-Bose-kaasussa. Nat. Phys. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01779-6
