Bose-Einsteinovi kondenzati so idealna platforma za raziskovanje dinamičnih pojavov, ki se pojavljajo v meji več teles. Oblak posameznih atomov v tem stanju se skupaj obnaša kot ena sama tekočina. Ta kvantna tekočina lahko teče brez upora – je superfluidna.
V ultrahladnih atomskih oblakih lahko hkrati obstajata dva superfluida. Do sedaj njihovega sožitja ni bilo mogoče eksperimentalno opazovati. Zdaj pa fiziki iz Univerza Heidelberg so dokazali takšno magnetno kvantno tekočino – tekoča je na dva načina – v an atomski plin.
Markus Oberthaler, raziskovalec Kirchhoffovega inštituta za fiziko, pojasnjuje, "V zadnjih desetletjih so bili atomski Bose-Einsteinovi kondenzati ustvarjeni iz zelo različnih vrst atomov, kot sta natrij in rubidij, v zadnjem času pa tudi iz bolj "eksotičnih" atomov, kot sta erbij in disprozij."
»Večina teh atomov ima tudi notranje prostostne stopnje – vrtijo se in se obnašajo kot majhni magneti. To lahko načeloma povzroči tudi pojav Bose-Einsteinova kondenzacija, vendar tega eksperimentalno še niso opazili. Ta demonstracija je zdaj mogoča z ultrahladnim oblakom rubidijevih atomov.
Za pripravo Bose-Einsteinovega kondenzata se običajno uporablja metoda, imenovana hlajenje z izhlapevanjem. To delo je podobno hlajenju kave v skodelici s pihanjem.
Najhitrejši atomi na površini kave se odpihnejo in počaka se, da se preostali atomi umirijo pri nižji temperaturi. To je izjemno težko za vrtenje, zato so heidelberški fiziki izbrali drugo metodo.
Dr. Maximilian Prüfer je dejal, »Inicializirali smo sistem daleč od ravnovesja in čakali, da so atomi rubidija dosegli novo ravnotežno stanje. Kar se je sprva zdelo manj intuitivno, se je izkazalo za izjemno učinkovito.«
Znanstveniki so uporabili posebne tehnike zaznavanja in motenj, ustvarjene samo za ustvarjanje in sledenje tega stanja. Opazili so, da je tudi vrtenje postalo superfluidno skupaj s stopnjo svobode gibanja. Tako lahko magnetne kvantne tekočine postanejo izjemno tekoče na dva načina.
Markus Oberthaler, vodja raziskovalne skupine "Synthetic Quantum Systems", ki je tudi del grozda odličnosti STRUCTURES Univerze v Heidelbergu, je dejal, "Naše nove raziskovalne metode nam omogočajo ne le karakterizacijo kondenzata, temveč nam bodo omogočile tudi boljše razumevanje poti od neravnovesja do tega stanja."
Referenca dnevnika:
- Prüfer, M., Spitz, D., Lannig, S. et al. Kondenzacija in termalizacija feromagneta z enostavno ravnino v spinorskem Bosejevem plinu. Nat. Phys. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01779-6
