Skiss av experimentuppställningen. Atomerna är fångade i ett enda lager av ett attraktivt optiskt gitter överlagrat med en tätt fokuserad optisk pincett (en, topp). Degenerationen av den effektivt tvådimensionella harmoniska inneslutningen leder till bildandet av en icke-trivial skalstruktur (en, botten). Binariserad bild av N =6 slutna skal-systemet tagen med en enda fotonräknande EMCCD-kamera efter en expansionstid under flygningen (b). Vi extraherar atommomentet genom att söka efter lokala maxima i den lågpassfiltrerade bilden (c). Alla momenta är plottade i naturliga enheter av den harmoniska oscillatorns inneslutning. För att avslöja korrelationer mellan partiklarna subtraherar vi rörelsens centrum (1) och roterar till en gemensam symmetriaxel (2). Kredit:arXiv:2005.03929 [cond-mat.quant-gas]
Ett team av forskare vid Heidelbergs universitet har lyckats bygga en apparat som gjorde det möjligt för dem att observera Pauli-kristaller för första gången. De har skrivit ett papper som beskriver sina ansträngningar och har laddat upp det till arXiv förtrycksserver.
Pauli-uteslutningsprincipen är ganska enkel:den hävdar att inga två fermioner kan ha samma uppsättning kvanttal. Men som med många principer inom fysik, detta enkla påstående har haft en djupgående inverkan på kvantmekaniken. Att titta närmare på principen avslöjar att den också tyder på att inga två fermioner kan uppta samma kvanttillstånd. Och det betyder att elektroner måste ha olika banor runt en kärna, och i förlängningen, det förklarar varför atomer har volym. Denna förståelse av fermioners självordning har lett till andra fynd – till exempel, att de ska bilda kristaller med en specifik geometri, som nu är kända som Pauli-kristaller. När denna observation först gjordes, man förstod att sådan kristallbildning endast kunde ske under unika omständigheter. I denna nya insats, forskarna har löst omständigheterna, och därigenom, har byggt en apparat som gjorde det möjligt för dem att observera Pauli-kristaller för första gången.
Arbetet involverade en installation som inkluderade lasrar som kunde fånga ett moln av litium-6-atomer underkylda till deras lägre energitillstånd, tvinga dem att följa uteslutningsprincipen, i ett enatoms tjockt platt lager. Teamet använde sedan en teknik som gjorde det möjligt för dem att fotografera atomerna när de var i ett visst givet tillstånd - och bara dessa atomer. De använde sedan kameran för att ta 20, 000 bilder, men använde bara de som visade det rätta antalet atomer - vilket indikerar att de höll sig till Paulis uteslutningsprincip. Nästa, teamet bearbetade de återstående bilderna för att ta bort påverkan av det totala momentumet i atommolnet, roterade dem ordentligt, och sedan överlagrade tusentals av dem, avslöjar momentumfördelningen av de individuella atomerna - det var den punkt då kristallstrukturer började dyka upp i fotografierna, precis som teorin förutspådde. Forskarna noterar att deras teknik också kan användas för att studera andra effekter relaterade till fermionbaserade gaser.
© 2020 Science X Network
