Över tid, många kroppsavfasning dödar kvasipartikelns likhet med en enda partikel. Kredit:FLEET
I stora system av interagerande partiklar inom kvantmekaniken, ett spännande fenomen dyker ofta upp:grupper av partiklar börjar bete sig som enskilda partiklar. Fysiker hänvisar till sådana grupper av partiklar som "kvasipartiklar".
Att förstå kvasipartiklarnas egenskaper kan vara nyckeln till att förstå, och så småningom kontrollera, tekniskt viktiga kvanteffekter som supraledning och superfluiditet.
Tyvärr, kvasipartiklar är bara användbara medan de lever. Det är därför särskilt olyckligt att många kvasipartiklar dör unga, varar långt, mycket mindre än en sekund.
Författarna till en ny Monash University-ledd studie publicerad idag i Fysiska granskningsbrev undersöka den avgörande frågan:hur dör kvasipartiklar?
Utöver den vanliga misstänkta – kvasipartikelsönderfall till lägre energitillstånd – identifierar författarna en ny boven:avfasning av många kroppar.
Många Body Dephasing
Flerkroppsavfasning är den störning av de ingående partiklarna i kvasipartikeln som sker naturligt över tiden.
När sjukdomen ökar, kvasipartikelns likhet med en enda partikel bleknar. Så småningom, den oundvikliga effekten av avfasning av många kroppar dödar kvasipartikeln.
Långt ifrån en försumbar effekt, författarna visar att avfasning av många kroppar till och med kan dominera över andra former av kvasipartikeldöd.
Detta visas genom undersökningar av en särskilt "ren" kvasipartikel - en förorening i en ultrakall atomgas - där författarna finner starka bevis på att många kroppar avfaser i tidigare experimentella resultat.
Två spinntillstånd (röd och grön) av en förorening inbäddad i ett Fermihav (blått) kopplas samman och genomgår Rabi-svängningar med en effektiv frekvens ? och dämpningshastighet ΓR. Dämpningshastigheten domineras av avfasning av många kroppar. Kredit:FLEET
Författarna fokuserar på fallet där den ultrakalla atomgasen är ett Fermihav. En förorening i ett Fermihav ger upphov till en kvasipartikel känd som den frånstötande Fermi-polaronen.
Den frånstötande Fermi-polaronen är en mycket komplicerad kvasipartikel och har en historia av att undgå både experimentella och teoretiska studier.
Genom omfattande simuleringar och ny teori, författarna visar att ett etablerat experimentellt protokoll - Rabi-svängningar mellan spinntillstånd för föroreningar - uppvisar effekterna av många kroppsavfasning i det frånstötande Fermi-polaronet.
Dessa tidigare okända resultat ger starka bevis för att många kroppsavfasning är grundläggande för kvasipartiklarnas natur.
Studien leddes av School of Physics and Astronomy, Monash University, med medförfattare från Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche i Florens, Italien, och Ludwig-Maximilians-Universität i München, Tyskland.
