Två forskare vid Heidelberg University har utvecklat ett modellsystem som möjliggör en bättre förståelse av processerna i ett kvantfysiskt experiment med ultrakylda atomer. Med hjälp av datorassisterade metoder, Professor Dr Sandro Wimberger och David Fischer från Institute for Theoretical Physics upptäckte fysiska lagar som pekar på de universella egenskaperna hos detta system. Deras resultat publicerades i tidningen Annalen der Physik .

Under vissa förutsättningar, små partiklar följer helt andra fysiska lagar än de vi är vana vid. "Observera sådana kvantfysiska fenomen, dock, är ibland svårt och kräver arbete med små och isolerade system och för att undersöka dessa. Men perfekt isolering från miljön är aldrig möjlig, så yttre påverkan lätt kan förstöra det bräckliga tillståndet i kvantsystemet, "förklarar huvudförfattaren David Fischer, fysikstudent vid Heidelberg University. För experiment inom detta område, att hålla sådana störningar under kontroll är av stort intresse. "Denna kontroll gör att vi inte bara kan säkerställa systemets sammanhang, men det kan också användas selektivt för att åstadkomma speciella förhållanden, "understryker professor Wimberger.

Ultraljudatomer fyllda i så kallade potentiella brunnar har visat sig vara lämpliga testobjekt i många experiment. En speciell laserkonfiguration används för att generera en barriär som låser atomerna i ett litet område. Om flera brunnar sedan bringas tillräckligt nära varandra, atomerna har förmågan att "tunnla" från en brunn till en intilliggande. De är fortfarande instängda i brunnarna, men kan flytta från en brunn till en annan, enligt Heidelberg -fysikerna. Atomernas temperatur, som bara ligger precis över den absoluta nollan vid -273,15 grader Celsius, gynnar detta kvantmekaniska beteende.

Vid utvecklingen av deras modellsystem, David Fischer och Sandro Wimberger reproducerade ett experiment som utförts vid Kaiserslautern tekniska universitet. Där, beteendet hos kalla atomer i en kedja av potentiella brunnar undersöktes. Forskarna fyllde kedjan med atomer, tömde mitten väl, och såg den fyllas med atomer från de andra brunnarna. "Resultaten av denna studie tyder på att dekoherens, dvs yttre störningar, spelar en kritisk roll i denna process. Vad som är oklart är vilka mikroskopiska processer kvantsystemet använder för att interagera med miljön, säger David Fischer.

I sin datorassisterade simulering av påfyllningsprocessen, de två Heidelberg -forskarna testade olika hypoteser och undersökte vilka processer som faktiskt påverkade modellsystemets beteende. Bland annat, de märkte att den tid som krävdes för påfyllningsprocessen varierade baserat på systemparametrarna. Denna varaktighet följer en maktlag, beroende på dekoherensgraden som forskarna anger. "Inom fysiken, detta är ofta ett tecken på ett universellt beteende hos systemet som gäller för alla skalor, därför förenklas det övergripande problemet, "säger professor Wimberger.