Under de senaste decennierna har fysiker över hela världen har försökt få en bättre förståelse av icke-jämviktsdynamik i kvantmånga kroppars system. Vissa studier undersökte vad som kallas kvasipartiklar, störningar eller enheter i fysiska system som uppvisar beteende som liknar partiklar.

Forskare vid Aarhus universitet genomförde nyligen en studie som undersökte dynamiken i jämvikt i en kvantförorening nedsänkt i en bosonisk miljö. Deras papper, publicerad i Naturfysik , belyser det dynamiska beteendet hos interaktiva system med många kroppar, samtidigt som man förbättrar den nuvarande förståelsen för hur Bose -polaroner bildas.

"Vår senaste artikel är en del av en omfattande undersökning av så kallade kvasipartiklar och är kulmen på ett fruktbart samarbete mellan experimentella och teoretiska fysiker vid Aarhus universitet, "Magnus G. Skou, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Kvaspartiklar är extremt intressanta, eftersom de kan bestå av otaliga partiklar och deras excitationer. "

Idén om kvasipartiklar introducerades först på 1930 -talet av fysikern Lev Landau, som försökte få en bättre förståelse för komplexa kvantsystem. Experimenten som utförts av Skou och hans kollegor bygger på modeller som Landau skapat.

I sina studier, forskarna förberedde koherenta överlagringstillstånd för atomer i ett Bose-Einstein-kondensat med en liten komponent för orenhetstillstånd med hjälp av en interferometrisk teknik. Senare, de övervakade utvecklingen av dessa kvantsuperpositioner och deras övergång till polaroniska kvaspartiklar.

Anmärkningsvärt, forskarna kunde observera födelsen av en unik klass av kvasipartiklar, kallas Bose -polaroner, för första gången. Medan flera forskargrupper tidigare upptäckte tecken på dessa kvasipartiklar i laboratoriemiljöer, hittills visade sig deras gradvisa bildning över tid vara mycket utmanande, främst för att processerna genom vilka de bildas är oerhört snabba.

"Vi studerade hur orenheter interagerar med ett rent medium och omvandlas till Bose -polaroner, "Skou förklarade." Våra experiment utfördes med hjälp av ett medium av atomer nedkylda till en fantastiskt låg temperatur på bara en miljarddelsgrad över absolut noll, som är långt under temperaturen i yttre rymden. "

Med hjälp av en gas av ultrakylda atomer, Skou och hans kollegor kunde studera kvantföroreningar i extremt rena och välkontrollerade miljöer. Dessa föroreningar skapades genom att några av mediumatomerna överfördes till ett särskilt orenhetskvanttillstånd, med en ultrasnabb radiofrekvenspuls på endast 0,5 µs.

"Vi upptäckte att orenheterna började interagera dynamiskt med mediets atomer och vi mätte denna utveckling med en annan kort radiofrekvenspuls, "Sade Skou." Detta tvåpulsschema gjorde det möjligt för oss att observera den eventuella kvasipartikelbildningen av polaronet. "

I deras experiment, Skou och hans kollegor observerade tre distinkta regimer av föroreningsutveckling präglade av dynamiska övergångar. Dessa regimer kopplar sedan in den första få-kropps och senare många-kropps fysiska dynamiken.

"Vår studie är ett stort steg framåt för att förstå Bose -polaroner, deras icke-jämviktsdynamik och hur de bildas, "Sade Skou." Dessa kvantfenomen är oerhört fascinerande av sig själva, men de antas dessutom vara viktiga element i exotiska tekniker som organiska halvledare och superledare. "

I framtiden, fynden som samlats in av Skou och hans kollegor kan öppna nya möjligheter för att studera icke-jämviktskvantfenomen, vilket i sin tur kan informera utvecklingen av ny halvledar- och superledarbaserad teknik. I deras nästa studier, forskarna planerar också att undersöka hur polaroner interagerar med varandra.

"Dessa interaktioner har teoretiskt förutsetts under 2018 för att göra det möjligt för två polaroner att binda till varandra, som genererar en helt ny kvasipartikel som kallas en Bose bipolaron, "Sa Skou." Detta lägger till ett helt nytt lager av spännande men komplex kvantfysik. Även om denna kvasipartikel ännu inte har setts i en ultrakyld gas, vi tror att vårt experiment kan ha potential att observera dess existens. "

© 2021 Science X Network