Ett team av forskare från MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms har utvecklat ett sätt att studera och mäta gaser när de övergår mellan kvant- och klassiska tillstånd på grund av temperaturförändringar. I deras tidning publicerad i tidningen Fysiska granskningsbrev , gruppen beskriver experiment de utförde med moln av litium-6 atomer och vad de hittade.

Boltzmann -gaser består av partiklar med försumbar volym och perfekt elastiska kollisioner - de beskrivs, naturligt nog, av Boltzmanns kinetiska teori. I en sådan gas, partiklar rör sig runt slumpmässigt och kolliderar ofta. Tidigare forskning har visat att om en Boltzmann -gas kyls tillräckligt, den genomgår en förändring så radikal att den bara kan beskrivas i kvantiteter. Vidare, om partiklarna som utgör gasen är fermioner, resultatet kan beskrivas med hjälp av Fermi -vätsketeori. I synnerhet, processen kan gå åt båda hållen. I denna nya insats, forskarna har utvecklat ett sätt att övervaka och mäta de förändringar som sker när gasövergångarna mellan ett kvanttillstånd och ett klassiskt tillstånd.

För att studera övergången, forskarna använde kvasipartiklar som ett sätt att mäta egenskaperna hos Fermi -gasen - mer specifikt, de skapade ett moln av litium-6 atomer med hjälp av det som kallas en "laserbox". De kylde sedan lådan och dess innehåll och övervakade vad som hände inuti med hjälp av utstötningsspektroskopi, där fotoner vänder föroreningarnas inre tillstånd så att de inte interagerar med gasen. De kunde sedan använda antalet atomer som vändes för att mäta energin hos fotonerna, och beräkna sedan gasens excitationer. Detta gjorde det möjligt för dem att beräkna kvasipartiklarnas energi och förfall.

Gruppen genomförde också ett experiment för att mäta kvasipartiklarna vid olika temperaturer, vilket gjorde att de kunde se vad som faktiskt hände när gasen övergick. De noterar att när temperaturen steg, toppspektrumet tappade energi och blev bredare. Så småningom, kvasipartiklarna förlorade sin identitet, och vid denna tidpunkt, Fermi -teorin började varva ner. De rapporterar också att strax under den punkt där Fermi -teorin blev tillämplig, det skedde en kraftig förändring i energin för spektrumtoppen, som så småningom sjönk till noll.

© 2019 Science X Network