Kesirli kuantum Hall durumu aşırı soğuk atomlarda ortaya çıkıyor – Fizik Dünyası

ABD'deki Harvard Üniversitesi'ndeki fizikçiler, ilk kez aşırı soğuk atomlardan oluşan bir gazda, Laughlin durumu olarak bilinen, güçlü etkileşime giren yeni bir kuantum sıvısı yarattılar. Kesirli kuantum Hall (FQH) durumunun bir örneği olan durum, daha önce yoğun madde sistemlerinde ve fotonlarda görülmüştü ancak atomlardaki gözlemler, sıkı deneysel gereklilikler nedeniyle anlaşılması zordu. Atomik sistemler, yoğun maddeye sahip benzerlerinden daha basit olduğundan, sonuç, temel fizikte yeni anlayışlara yol açabilir.

"Yoğun madde fiziğindeki en ilgi çekici fenomenlerden bazıları, elektronları iki boyuta hapsettiğinizde ve güçlü bir manyetik alan uyguladığınızda ortaya çıkıyor" diye açıklıyor Julian Leonard, doktora sonrası araştırmacı olarak Harvard'daki Rubidyum Laboratuvarı ve bir makalenin baş yazarı Tabiat yeni çalışma hakkında. "Örneğin, parçacıklar kolektif olarak, temel yükün yalnızca bir kısmı kadar bir yüke sahipmiş gibi davranabilirler; bu, doğada başka hiçbir yerde oluşmayan ve hatta tüm temel parçacıklar için Standart Model tarafından göz ardı edilen bir şeydir."

Bu tür kesirli yüklerin ortaya çıkma şekli hala tam olarak anlaşılamamıştır çünkü katı hal sistemlerini atomik ölçekte incelemek zordur. Bu nedenle, daha karmaşık yoğun madde olayları için kuantum simülatörleri görevi gören soğuk atomlar gibi sentetik kuantum sistemlerinde FQH'lerin davranışını incelemek bu kadar arzu edilir bir durumdur.

Léonard, son araştırmada, örneğin Harvard ekibinin üyelerinin, atom sistemlerindeki parçacıkların, "vals yapan dansçılar" gibi dairesel bir düzende birbirlerinin etrafında hareket ettiğini doğrudan gözlemlediğini söylüyor. "Bu girdap hareketi, katı hal numunesinde görülemeyecek kadar küçük, ancak bunu deneyimizde çözebiliriz" diyor Fizik dünyası.

Atomların daha çok elektron gibi davranmasını sağlamak

Laughlin durumunu oluşturmak için Léonard ve meslektaşları, ışıktan yapılmış periyodik bir kafes potansiyeli oluşturmak için üst üste binen lazer ışınlarını kullandılar. Daha sonra her kafes bölgesine atomlar yerleştirdiler ve kirişlerin parametrelerini, atomların bölgeler arasında serbestçe "sıçrayabileceği" şekilde ayarladılar. Léonard, bu düzeneğin kristalin bir katıdaki elektronların deneyimlediği periyodik potansiyeli taklit ettiğini açıklıyor. "Tek fark, yapay kristalimizin 1000 kat daha büyük olması, dolayısıyla her 'elektronu' optik bir mikroskopla gözlemleyip kontrol edebiliyoruz" diyor.

Harvard ekibinin karşılaştığı en büyük zorluklardan biri, elektronların manyetik alanlara tepkisini taklit etmekti. Negatif yüklü elektronlar manyetik alana yerleştirildiğinde hareketlerine dik yönde bir kuvvete (Lorenz kuvveti) maruz kalırken, yeni platformda elektron rolünü üstlenen atomlar elektriksel olarak nötrdür, yani bu kuvvet yoktur. Bu nedenle araştırmacılar atomları manyetik alandaki elektronlara daha çok benzeyecek şekilde "kandırmak" zorunda kaldı.

Bunu yapmak için, elektronların manyetik alanın çevresinde dolaştıklarında dalga fonksiyonlarının bir faz kazanması gerçeğine güvendiler. Bu şu şekilde bilinir: Aharonov-Bohm etkisive Léonard soğuk atomlarda bir eşdeğer yaratabildiklerini açıklıyor. "Deneylerimizde, atomların dalga fonksiyonlarına tam olarak bu fazı uygulayan çeşitli lazer ışınlarından yararlandık" diyor.

Delikler ilk kesirli kuantizasyonu ortaya koyuyor

Herkesi gözlemleme imkanı

Léonard, ekibin ayrıca daha önce laboratuvar deneylerinin erişemeyeceği FQH durumlarını gözlemlemek için gereken güçlü, hassas biçimde tasarlanmış manyetik alanı yaratma konusunda da zorluklarla karşılaştığını ekliyor. "Artık ilk kez bir kuantum simülatöründe manyetik alan altında güçlü bir şekilde ilişkili sistemleri incelemenin mümkün olduğunu gösterdik" diyor. "Dolayısıyla artık bu tür durumları mikroskobik düzeyde incelemek ve onlara yeni bakış açıları kazandırmak mümkün. Hatta şu ana kadar erişilemeyen tamamen yeni olguları bile keşfedebiliriz.”

Araştırmacılar tarafından gözlemlenen FQH Laughlin durumundaki atom sayısı az olsa da (16 kafes bölgesinde yalnızca iki atom), ekip sistem boyutunun artırılabileceğine inanıyor. Léonard, "Daha büyük bir sistem, FQH etkisinin altında yatan fiziğe dair daha iyi bir görüş elde etmemizi sağlayacak ve gözlemlemekten özellikle heyecan duyduğumuz yönlerden biri de bu tür sistemlerdeki uyarımlardır" diyor. "Bunların ne fermiyon ne de bozon olduğuna inanılıyor; bunlar, alışılagelmiş kuantum istatistikleri sınıflandırmamızın dışında kalan tamamen yeni bir parçacık türü olan sözde anyonlar."

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. Otomotiv / EV'ler, karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• Blok Ofsetleri. Çevre Dengeleme Sahipliğini Modernleştirme. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/fractional-quantum-hall-state-appears-in-ultracold-atoms/