I condensati di Bose-Einstein sono una piattaforma ideale per esplorare i fenomeni dinamici che emergono nel limite a molti corpi. Una nuvola di singoli atomi in questo stato si comporta collettivamente come un unico fluido. Questo fluido quantistico può fluire senza resistenza: è superfluido.
Nelle nubi atomiche ultrafredde possono esistere due superfluidi contemporaneamente. Finora la loro coesistenza non poteva essere osservata sperimentalmente. Ora, tuttavia, i fisici di Università di Heidelberg hanno dimostrato un fluido quantistico così magnetico – è fluido in due modi – in un gas atomico.
Markus Oberthaler, ricercatore del Kirchhoff Institute for Physics, spiega: “Negli ultimi decenni i condensati atomici di Bose-Einstein sono stati creati da tipi molto diversi di atomi come sodio e rubidio, ma più recentemente anche da atomi più “esotici” come erbio e disprosio”.
“La maggior parte di questi atomi mostrano anche gradi di libertà interni: hanno uno spin e si comportano come piccoli magneti. Ciò può, in linea di principio, dar luogo anche al fenomeno dell' Condensazione di Bose-Einstein, ma questo non è stato ancora osservato sperimentalmente. Questa dimostrazione è ora possibile con una nuvola ultrafredda di atomi di rubidio”.
Il metodo chiamato raffreddamento evaporativo viene solitamente utilizzato per preparare un condensato di Bose-Einstein. Questo lavoro è simile al raffreddamento del caffè in una tazza soffiandoci sopra.
Gli atomi più veloci sulla superficie del caffè vengono spazzati via e si attende che gli atomi rimanenti si fermino a una temperatura più fresca. Questo è estremamente difficile per un giro, quindi i fisici di Heidelberg hanno scelto un altro metodo.
Il dottor Maximilian Prüfer ha detto: “Abbiamo inizializzato il sistema lontano dall’equilibrio e abbiamo aspettato che gli atomi di rubidio raggiungessero un nuovo stato di equilibrio. Ciò che all’inizio sembrava meno intuitivo si è rivelato estremamente efficiente.”
Gli scienziati hanno utilizzato particolari tecniche di rilevamento e perturbazione create proprio per la creazione e il tracciamento di questo stato. Hanno notato che anche lo spin diventava superfluido insieme al grado di libertà di movimento. Pertanto, ci sono due modi in cui i fluidi quantistici magnetici possono diventare estremamente fluidi.
Markus Oberthaler, capo del gruppo di ricerca “Synthetic Quantum Systems”, che fa anche parte del Cluster of Excellence STRUCTURES dell’Università di Heidelberg, disse, “I nostri nuovi metodi di ricerca ci permettono non solo di caratterizzare il condensato, ma ci permetteranno anche di comprendere meglio il percorso dal non equilibrio a quello stato”.
Riferimento della Gazzetta:
- Prüfer, M., Spitz, D., Lannig, S. et al. Condensazione e termalizzazione di un ferromagnete piano facile in un gas spinore di Bose. Naz. fisica. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01779-6
