Bose-Einstein-kondensater er en ideell plattform for å utforske dynamiske fenomener som dukker opp i grensen for mange kropper. En sky av individuelle atomer i denne tilstanden oppfører seg kollektivt som en enkelt væske. Denne kvantevæsken kan strømme uten motstand - den er superflytende.
To superfluider kan eksistere samtidig i ultrakalde atomskyer. Til nå kunne deres sameksistens ikke observeres eksperimentelt. Nå derimot, fysikere fra Heidelberg University har demonstrert en slik magnetisk kvantevæske – den er væske på to måter – på en atomgass.
Markus Oberthaler, en forsker ved Kirchhoff Institute for Physics, forklarer, "I de siste tiårene ble atomære Bose-Einstein-kondensater laget av svært forskjellige typer atomer som natrium og rubidium, men i senere tid også fra mer "eksotiske" atomer som erbium og dysprosium."
«De fleste av disse atomene viser også indre frihetsgrader – de har et spinn og oppfører seg som små magneter. Dette kan i prinsippet også gi opphav til fenomenet Bose-Einstein kondens, men dette har ikke blitt eksperimentelt observert ennå. Denne demonstrasjonen er nå mulig med en ultrakald sky av rubidiumatomer."
Metoden som kalles evaporativ kjøling brukes vanligvis til å tilberede et Bose-Einstein-kondensat. Dette arbeidet ligner på å avkjøle kaffe i en kopp ved å blåse på den.
De raskeste atomene på overflaten av kaffen blåses bort, og man venter til de gjenværende atomene får hvile ved kjøligere temperatur. Dette er ekstremt vanskelig for et spinn, så Heidelberg-fysikere valgte en annen metode.
Dr. Maximilian Prüfer sa, "Vi initialiserte systemet langt fra likevekt og ventet til rubidiumatomene nådde en ny likevektstilstand. Det som først virket mindre intuitivt, viste seg å være ekstremt effektivt.»
Forskerne brukte spesielle deteksjons- og forstyrrelsesteknikker laget bare for denne statens opprettelse og sporing. De la merke til at spinnet også ble superflytende sammen med bevegelsesgraden av frihet. Dermed er det to måter magnetiske kvantevæsker kan bli svært flytende.
Markus Oberthaler, leder av forskningsgruppen "Synthetic Quantum Systems", som også er en del av STRUCTURES Cluster of Excellence ved Heidelberg University, sa, "Våre nye forskningsmetoder lar oss ikke bare karakterisere kondensatet, men vil også tillate oss å bedre forstå veien fra ikke-likevekt til den tilstanden."
Tidsreferanse:
- Prüfer, M., Spitz, D., Lannig, S. et al. Kondensering og termalisering av en lettflybar ferromagnet i en spinor Bose-gass. Nat. Fys. (2022). GJØR JEG: 10.1038/s41567-022-01779-6
