A Bose-Einstein kondenzátumok ideális platformot jelentenek a sok test határában megjelenő dinamikai jelenségek feltárására. Az egyes atomok felhője ebben az állapotban együttesen egyetlen folyadékként viselkedik. Ez a kvantumfolyadék ellenállás nélkül tud áramlani – szuperfolyékony.
Az ultrahideg atomfelhőkben egyszerre két szuperfolyadék létezhet. Együttélésük eddig kísérletileg nem volt megfigyelhető. Most azonban a fizikusok a Heidelberg Egyetem olyan mágneses kvantumfolyadékot mutattak be – ez kétféleképpen is folyékony – egy atomgáz.
Markus Oberthaler, a Kirchhoff Fizikai Intézet kutatója elmagyarázza, "Az elmúlt évtizedekben atomi Bose-Einstein kondenzátumokat hoztak létre nagyon különböző típusú atomokból, például nátriumból és rubídiumból, de újabban olyan "egzotikusabb" atomokból is, mint az erbium és a diszprózium.
„A legtöbb ilyen atomnak belső szabadsági foka is van – van egy forgásuk, és úgy viselkednek, mint egy kis mágnes. Ez elvileg előidézheti azt a jelenséget is Bose-Einstein kondenzáció, de ezt kísérletileg még nem figyelték meg. Ez a demonstráció most már lehetséges a rubídium atomok ultrahideg felhőjével."
Az evaporatív hűtésnek nevezett módszert általában Bose-Einstein kondenzátum előállítására használják. Ez a munka hasonló a kávé hűtéséhez egy csészében úgy, hogy ráfújnak rá.
A kávé felületén lévő leggyorsabb atomokat elfújják, és megvárjuk, amíg a maradék atomok hűvösebb hőmérsékleten pihennek. Ez rendkívül nehéz egy pörgetésnél, ezért a heidelbergi fizikusok más módszert választottak.
Dr. Maximilian Prüfer elmondta: „Inicializáltuk a rendszert az egyensúlytól távol, és megvártuk, amíg a rubídium atomok új egyensúlyi állapotba kerülnek. Ami eleinte kevésbé intuitívnak tűnt, az rendkívül hatékonynak bizonyult.”
A tudósok speciális észlelési és perturbációs technikákat alkalmaztak, amelyeket csak ennek az állapotnak a létrehozására és nyomon követésére hoztak létre. Észrevették, hogy a forgás is szuperfolyékony lett a mozgási szabadságfokkal együtt. Így a mágneses kvantumfolyadékok kétféleképpen válhatnak rendkívül folyékonyakká.
Markus Oberthaler, a „Synthetic Quantum Systems” kutatócsoport vezetője, amely szintén része a Heidelbergi Egyetem STRUCTURES Cluster of Excellence-nek, mondott, "Új kutatási módszereink nemcsak a kondenzátum jellemzését teszik lehetővé, hanem lehetővé teszik számunkra, hogy jobban megértsük a nem egyensúlyi állapotból ebbe az állapotba vezető utat."
Journal Reference:
- Prüfer, M., Spitz, D., Lannig, S. et al. Könnyű síkú ferromágnes kondenzációja és hőkezelése spinor Bose gázban. Nat. Phys. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01779-6
