Kondensaty Bosego-Einsteina są idealną platformą do badania zjawisk dynamicznych pojawiających się w granicy wielu ciał. Chmura pojedynczych atomów w tym stanie zachowuje się łącznie jak pojedynczy płyn. Ten płyn kwantowy może płynąć bez oporu – jest nadciekły.
W ultrazimnych obłokach atomowych mogą istnieć jednocześnie dwa nadciecze. Do tej pory nie udało się eksperymentalnie zaobserwować ich współistnienia. Teraz jednak fizycy z Uniwersytet w Heidelbergu zademonstrowali taki magnetyczny płyn kwantowy – jest on płynny na dwa sposoby – w gaz atomowy.
Markus Oberthaler, badacz z Instytutu Fizyki Kirchhoffa, wyjaśnia: „W ostatnich dziesięcioleciach atomowe kondensaty Bosego-Einsteina powstały z bardzo różnych typów atomów, takich jak sód i rubid, ale ostatnio także z bardziej „egzotycznych” atomów, takich jak erb i dysproz”.
„Większość tych atomów wykazuje również wewnętrzne stopnie swobody – mają spin i zachowują się jak małe magnesy. W zasadzie może to również powodować zjawisko Kondensacja Bosego-Einsteina, ale nie zostało to jeszcze zaobserwowane eksperymentalnie. Ta demonstracja jest teraz możliwa dzięki ultrazimnej chmurze atomów rubidu.”
Do przygotowania kondensatu Bosego-Einsteina zwykle stosuje się metodę zwaną chłodzeniem wyparnym. Praca ta przypomina schładzanie kawy w filiżance poprzez dmuchanie na nią.
Najszybsze atomy na powierzchni kawy zostają zdmuchnięte i należy poczekać, aż pozostałe atomy spoczną w niższej temperaturze. Jest to niezwykle trudne w przypadku spinu, dlatego fizycy z Heidelbergu wybrali inną metodę.
Doktor Maximilian Prüfer powiedział: „Zainicjalizowaliśmy układ daleko od równowagi i czekaliśmy, aż atomy rubidu osiągną nowy stan równowagi. To, co początkowo wydawało się mniej intuicyjne, okazało się niezwykle skuteczne.”
Naukowcy wykorzystali specjalne techniki wykrywania i zakłócania stworzone specjalnie na potrzeby tworzenia i śledzenia tego stanu. Zauważyli, że wraz ze stopniem swobody ruchu spin również stał się nadciekły. Zatem magnetyczne płyny kwantowe mogą stać się niezwykle płynne na dwa sposoby.
Markus Oberthaler, kierownik grupy badawczej „Synthetic Quantum Systems”, która jest również częścią Klastra Doskonałości STRUCTURES Uniwersytetu w Heidelbergu, powiedziany, „Nasze nowe metody badawcze pozwolą nam nie tylko scharakteryzować kondensat, ale także pozwolą lepiej zrozumieć drogę od stanu nierównowagi do tego stanu”.
Referencje czasopisma:
- Prüfer, M., Spitz, D., Lannig, S. i in. Kondensacja i termalizacja łatwopłaskiego ferromagnesu w gazie spinorowym Bose. Nat. Fizyka. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01779-6
