Översta raden:flera bilder som visar atomisk momentfördelning under flera evolutionstider. Initialt, atomerna bildar ett Bose-Einstein-kondensat (BEC). När den fångas av ett optiskt gitter, BEC-momentdistributionen visar ett Bragg-liknande interferensmönster som visar rumsligt utökad fassammanhang. Spontan emission förstör gradvis fassammanhang, och momentumfördelningen utvecklas mot en bred distribution utan några Bragg -funktioner. Huvudpanelen visar att detta förfall uppstår som en kraftlag (hel linje) för ett interagerande system. Denna kontrast till det välkända exponentiella förfall som förväntas för oberoende atomer, visas som streckad linje. Här γ sp =500 s- 1 är hastigheten för spontanemission som induceras av excitationslasern. Upphovsman:Bouganne et al.
Inom kvantfysik, några av de mest intressanta effekterna är resultatet av störningar. Dekoherens, eller förlust av sammanhang, uppstår när ett kvantsystem så småningom förlorar förmågan att producera störningar, på grund av externt buller eller koppling till ett större och oövervakat system (dvs. den omgivande miljön).
Även om många studier har undersökt dekoherens i enkla och välisolerade system, såsom enstaka atomer eller joner, hittills är mycket lite känt om dekoherens i många kroppssystem. Många kroppssystem är system som består av många interagerande partiklar, där interpartikelkorrelationer och interaktioner drastiskt kan förändra den dissipativa dynamiken.
Ett team av forskare vid Collège de France och Laboratoire Kastler Brossel (en gemensam forskningsenhet mellan CNRS och ENS-Paris Sciences et Lettres och Sorbonne Université) i Frankrike har nyligen tagit sig ut för att undersöka dekoherensen i ett avledande system med många kroppar, specifikt en gas som består av starkt interagerande bosoner. Deras studie, med i Naturfysik , passar in i en mer allmän forskning som fokuserar på dekoherens i kvantsystem.
Tidigare studier tyder på att det finns ett djupt samband mellan dekoherens och de mätprocesser som vanligtvis används inom kvantmekanik. Forskarna baserade sin studie på detta viktiga fynd och försökte använda den för att samla observationer om dekoherens i många kroppssystem.
"Även om dekoherensfenomenet är välkänt för enkla kvantsystem, som en atom eller jon, studien av mångkroppssystem som innehåller ett mycket stort antal partiklar har knappt börjat, "Sa Gerbier." Delvis, detta beror på svårigheten att modellera icke-jämviktsbeteendet hos många kroppssystem, ett område som har utvecklats först nyligen. Vårt arbete motiverades av teorin utvecklad av D. Poletti och medförfattare i gruppen Corinna Kollath och Antoine Georges. "
När de studerade Gerbier och hans kollegor hade flera ingående diskussioner med Kollath och Georges om deras teori, som således spelade en viktig roll i deras arbete. I deras experiment, Gerbier och hans kollegor placerade en gas som består av många starkt interagerande bosoner i ett optiskt gitter som utsattes för en svag nära-resonant laserstråle. Kvantgasen de använde bestod av bosoniska Ytterbium -atomer.
Lasern de använde kontinuerligt främjar atomer från det elektroniska grundtillståndet till ett upphetsat tillstånd, från vilka de faller tillbaka till grundtillståndet genom att avge en spontan foton. Denna speciella inställning motsvarar en svag och experimentellt avstämbar mätning av atomernas positioner.
"Spontan emission är en läroboksmekaniker för dekoherens, "Gerbier förklarade." Det förvandlar en koherens-Rabi-svängning till exponentiellt förfall och förstör också den rumsliga fas-koherensen mellan olika punkter som finns i en makroskopisk materievåg, till exempel Bose-Einstein-kondensaten som realiserats i våra experiment. "
Intressant, Gerbier och hans kollegor observerade en avvikande subdiffusion i momentumutrymme, vilket i slutändan återspeglar uppkomsten av långsamt avslappnande tillstånd av många kroppar i gasen. Dessa tillstånd liknar de subradianta tillstånden hos många upphetsade sändare.
Väsentligen, forskarna fann att dekoherensen är långsammare för ett starkt samverkande mångkroppssystem än för en samling oberoende enskilda partiklar. Istället för det vanliga exponentiella sönderfallet som finns i enstaka partiklar, de observerade en algebraisk (d.v.s. maktlag) förfall och kortdistanssammanhållning som kvarstår längre än den skulle om atomerna inte interagerade.
Denna upptäckt kan ha viktiga konsekvenser för studier av öppna system med många kroppar, erbjuder ett riktmärke för framtida utredningar. Liknande power-law beteenden har noterats i teoretiska studier av olika system med många kroppar, såsom spinnkedjor i fluktuerande magnetfält eller påverkan av dipol-dipol-interaktioner på optiska klockor, men de har ännu inte observerats experimentellt.
"Vi planerar nu att studera vidare hur avslappning och dekoherens påverkar egenskaperna hos kvantsystem i många kroppar, använder flexibiliteten hos ultrakylda atomer för att göra det (varierande geometri, dimension, dekoherensmekanismerna, etc..), "Sa Gerbier.
© 2019 Science X Network
