Under de senaste 20 åren har många fysiker studerat ultrakalla fermioniska system som finns i magnetiska eller optiska fällor. När ett externt magnetfält appliceras på ett fermioniskt system av två arter, kan partiklarna paras ihop för att bilda sammansatta "bosoniska molekyler" med ett heltalsspinn.
Dessa molekyler genomgår Bose-Einstein-kondensering när de kyls, där alla partiklar ackumuleras i kvanttillståndet med lägst energi. Precisionen i dessa experiment har nu förbättrats genom att fånga partiklarna inuti optiska gitter:periodiska mönster som bildas av mot-propagerande laserstrålar.
Genom forskning publicerad i The European Physical Journal B , Avinaba Mukherjee och Raka Dasgupta vid University of Calcutta, Indien, har teoretiskt förutspått en distinkt trend i oscillationerna av Bose-Einstein-kondensat som bildas från dessa fermioner, som kan justeras med hjälp av ett externt magnetfält.
De tog specifikt upp system där de två arterna har ojämlika populationer (som skapar överblivna oparade fermioner), vilket leder till exotiska nya faser. Deras resultat kan hjälpa fysiker att upptäcka sådana nya faser av materia i obalanserade fermioniska system och kan öppna upp nya möjligheter för kvantteknik.
I sitt arbete undersökte Mukherjee och Dasgupta hur ett sådant system skulle bete sig när de tillämpade en teknik som ofta används för att manipulera och kontrollera ultrakalla atomgaser. Den kallas Feshbach-avstämning och innebär att justera energin som krävs för att bilda bosoniska molekyler med hjälp av ett externt magnetfält.
Forskarna upptäckte att när Feshbach-avstämningen ligger över ett visst tröskelvärde kommer andelen Bose-kondenserade partiklar att svänga periodiskt – men under denna tröskel finns det ingen svängning alls. Sammantaget avslöjade detta ett linjärt samband mellan oscillationsfrekvensen och styrkan i Feshbach-avstämning de tillämpade.
Dessutom fann duon att lutningen och positionen för denna kurva innehöll viktig information om vilken exotisk fas av materia som kunde hittas i systemet. Deras resultat kan så småningom leda till upptäckter av avancerade nya fysikaliska egenskaper i dessa system, som skulle kunna utnyttjas inom en mängd olika kvantteknologier.
Mer information: Avinaba Mukherjee et al, Periodisk dynamik av populations-obalanserade fermioniska kondensat i optiska gitter, The European Physical Journal B (2024). DOI:10.1140/epjb/s10051-024-00649-9
Tillhandahålls av SciencePOD
