Gases cuánticos súper sólidos en una nueva dimensión

Gas cuántico bidimensional ultra sólido producido en el laboratorio por primera vez. Crédito: IQOQI Innsbruck / Harald Rich

Gas cuántico bidimensional ultra sólido producido en el laboratorio por primera vez.

Los gases cuánticos son muy adecuados para investigar las consecuencias microscópicas de las interacciones en la materia. Hoy en día, los científicos pueden controlar con precisión partículas individuales en nubes de gas ultrafrías en el laboratorio, revelando fenómenos que no se pueden observar en el mundo cotidiano. Por ejemplo, los átomos individuales en un capacitor Bose-Einstein están completamente indefinidos. Esto significa que el mismo maíz Está presente en todos los puntos dentro del condensador en cualquier momento.

Hace dos años, un grupo de investigación dirigido por Francesca Ferlaino del Departamento de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck y el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia de Ciencias de Austria en Innsbruck pudo por primera vez generar Estados en condiciones extremadamente frías. Gases cuánticos de átomos magnéticos. La interacción magnética hace que los átomos se autoorganicen en gotitas y se organicen en un patrón regular.

“Por lo general, uno pensaría que cada átomo se puede encontrar en una gota en particular, sin forma de confundirlos”, dice Matthew Norcia del equipo de Francesca Ferlaino. “Sin embargo, en el estado super-sólido, cada partícula se encuentra a través de todas las gotas, presentes simultáneamente en cada gota. Entonces, básicamente, tienes un sistema con una serie de regiones de alta densidad (gotas) que comparten todas las mismas gotas no identificadas”. átomos. “.

Esta peculiar configuración permite efectos como el flujo sin fricción a pesar de la presencia de una disposición espacial (superfluidez).

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Nuevas dimensiones y nuevos efectos para explorar

Hasta ahora, los estados supersólidos en los gases cuánticos nunca se habían observado excepto como una serie de gotitas (a lo largo de una dimensión). “En colaboración con los teóricos Luis Santos de la Universidad Leibniz de Hannover y Russell Bisset en Innsbruck, ahora hemos expandido este fenómeno en dos dimensiones, dando lugar a sistemas con dos o más filas de gotitas”, explica Matthew Norcia. Esta no es solo una mejora cuantitativa, sino que también amplía críticamente la perspectiva de la investigación.

“Por ejemplo, en un sistema 2D súper rígido, se puede estudiar cómo se forman los vórtices en el agujero entre varias gotas adyacentes”, dice. “Estos vórtices descritos teóricamente aún no se han demostrado, pero representan una consecuencia importante del fluido de desbordamiento”, Francesca Ferlaino ya mira hacia el futuro. El experimento, que ahora se publica en la revista Nature, crea nuevas oportunidades para seguir investigando la física fundamental de este fascinante estado de la materia.

Nueva área de investigación: supersólidos

Previsto hace 50 años, el supersólido con sus asombrosas propiedades fue investigado extensamente en helio superfluido. Sin embargo, después de décadas de investigación teórica y experimental, todavía existe una clara evidencia de superrigidez en este sistema. Hace dos años, grupos de investigación en Pisa, Stuttgart e Innsbruck lograron por primera vez de forma independiente crear los llamados supersólidos a partir de átomos magnéticos en gases cuánticos ultrafríos. La base del nuevo y creciente campo de investigación de los supersólidos es la fuerte polaridad de los átomos magnéticos, cuyas propiedades de interacción permiten que este paradójico estado mecánico cuántico de la materia se cree en el laboratorio.

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Referencia: “Superdureza bidimensional en un gas cuántico dipolo” 18 de agosto de 2021 Disponible aquí. naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03725-7

La investigación fue financiada por el Fondo Austriaco de Ciencia FWF, el Ministerio Federal de Educación, Ciencia e Investigación y la Unión Europea, entre otros.

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