En grupp forskare från Ryssland, Tyskland och Iran har utvecklat beräkningsmetoder mot en teori som beskriver beteendet hos kalla atomer och joner i optiska och elektromagnetiska fällor. Sådana metoder kan möjliggöra modellering med fullständigt kontrollerade kvantsystem av komplexa processer inom fastfysik och högenergifysik. Andra möjliga tillämpningar inkluderar att designa element i en kvantdator och en ultraprecis atomklocka baserad på instängda ultrakylda atomer och joner. Resultaten har publicerats i Fysisk granskning E .

Vid extremt låga temperaturer, atomer rör sig med mycket låg hastighet, som gör det möjligt för forskare att utföra experiment med hög precision. Dock, att tolka och planera experimenten, teoretiska beräkningar krävs. Dr Vladimir Melezhik från RUDN University arbetar med beräkningar av resonansfenomen och kollisionsprocesser i ultrakylda kvantgaser. Kvantgas hålls kvar vid ultralåga temperaturer i en optisk fälla som bildas av specialinställda laserstrålar. Experimentell teknik gör det möjligt att styra och justera parametrarna för sådana kvantsystem:antalet partiklar, deras snurrkomposition, temperatur, och den effektiva interaktionen mellan atomer. Dock, kvantitativ beskrivning av processerna kompliceras avsevärt av det faktum att i sådana system, atomerna interagerar inte bara med varandra, men också med fällan.

Vladimir Melezhik och hans medförfattare fokuserar på atom- och jonfällor, som har formen av mycket långsträckta cigarrer och liknar vågledare som används för överföring av elektromagnetiska vågor. Forskarna har studerat utbredningen av elektromagnetisk strålning i vågledare under lång tid, och har utvecklat effektiva beräkningsmetoder. Dock, en kvantitativ teori som kan beskriva ultrakylda processer i atom- och jonvågledare är fortfarande under utveckling.

"Fällan ger en komplexitet till problemet. I ledigt utrymme, det finns inga föredragna vägbeskrivningar. Denna omständighet gör det möjligt att reducera det sexdimensionella kvanttvåkroppsproblemet med två kolliderande atomer till en endimensionell. Detta är kvantmekanikens nyckelproblem, beskrivs i läroböcker. Dock, i atomfällan, på grund av utseendet på en föredragen riktning, symmetrin kränks vilket gör det omöjligt att reducera problemet till endimensionell. I vissa fall kan problemet reduceras till den tvådimensionella Schrödinger-ekvationen. Dock, i de flesta intressanta fall blir det nödvändigt att integrera Schrödinger -ekvationen i högre dimensioner. För att lösa denna klass av problem, man behöver utveckla speciella beräkningsmetoder och använda kraftfulla datorer. Vi lyckades göra betydande framsteg på detta pass, "sa författaren Vladimir Melezhik.

Genom att ändra fällans parametrar, forskare kan kontrollera intensiteten hos effektiva interatomiska interaktioner, från superstark attraktion till superstark avstötning av atomer. Detta gör det möjligt att simulera olika kritiska kvantfenomen med hjälp av ultrakallfångade atomer.

"Ett av områdena i vårt arbete är en numerisk studie av ultrakalla kvantsystem som använder hybrid atomjonfällor, erbjuder nya möjligheter att modellera några faktiska processer inom solid state -fysik, element av kvantberäkning och precisionsfysikforskning, "avslutade forskaren.