Bose-Einstein-kondensat är en idealisk plattform för att utforska dynamiska fenomen som dyker upp i gränsen för många kroppar. Ett moln av individuella atomer i detta tillstånd beter sig kollektivt som en enda vätska. Denna kvantvätska kan flöda utan motstånd – den är superfluid.
Två supervätskor kan existera samtidigt i ultrakalla atommoln. Fram till nu har deras samexistens inte kunnat observeras experimentellt. Nu har dock fysiker från Heidelberg University har visat en sådan magnetisk kvantvätska – den är flytande på två sätt – i en atomgas.
Markus Oberthaler, forskare vid Kirchhoff Institute for Physics, förklarar, "Under de senaste decennierna skapades atomära Bose-Einstein-kondensat från mycket olika typer av atomer som natrium och rubidium, men på senare tid också från mer "exotiska" atomer som erbium och dysprosium."
"De flesta av dessa atomer uppvisar också inre frihetsgrader – de har ett spinn och beter sig som små magneter. Detta kan i princip också ge upphov till fenomenet Bose-Einstein kondens, men detta har inte observerats experimentellt än. Denna demonstration är nu möjlig med ett ultrakallt moln av rubidiumatomer.”
Metoden som kallas evaporativ kylning används vanligtvis för att framställa ett Bose-Einstein-kondensat. Detta arbete liknar att kyla kaffe i en kopp genom att blåsa på det.
De snabbaste atomerna vid kaffets yta blåses bort, och man väntar tills de återstående atomerna kommer att vila vid en svalare temperatur. Detta är extremt svårt för en snurr, så Heidelbergs fysiker valde en annan metod.
Dr Maximilian Prüfer sa, "Vi initierade systemet långt ifrån jämvikt och väntade tills rubidiumatomerna nådde ett nytt jämviktstillstånd. Det som först verkade mindre intuitivt visade sig vara extremt effektivt.”
Forskarna använde speciella detektions- och störningstekniker som skapats just för att skapa och spåra detta tillstånd. De märkte att snurret också blev superfluid tillsammans med rörelsefrihetsgraden. Det finns alltså två sätt som magnetiska kvantvätskor kan bli mycket flytande.
Markus Oberthaler, chef för forskningsgruppen "Synthetic Quantum Systems", som också ingår i STRUCTURES Cluster of Excellence vid Heidelberg University, sade, "Våra nya forskningsmetoder tillåter oss inte bara att karakterisera kondensatet utan kommer också att tillåta oss att bättre förstå vägen från icke-jämvikt till det tillståndet."
Tidskriftsreferens:
- Prüfer, M., Spitz, D., Lannig, S. et al. Kondensation och termalisering av en lättplansferromagnet i en spinor Bose-gas. Nat. Phys. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01779-6
