En superfluid är ett unikt tillstånd av materia som uppvisar anmärkningsvärda egenskaper, såsom friktionsfritt flöde och förmågan att bära värme och elektriska strömmar utan motstånd. Dessa egenskaper härrör från det faktum att superfluider saknar viskositet och har långdistansordning, vilket innebär att deras atomer är starkt korrelerade över stora avstånd.
I denna studie fokuserade teamet av fysiker på en typ av superfluid känd som ett Bose-Einstein-kondensat (BEC), som bildas när en gas av extremt kalla atomer kyls under en kritisk temperatur. Forskarna begränsade BEC till ett cigarrformat område och använde en kombination av magnetfält och laserstrålar för att kontinuerligt ändra systemets dimensionalitet.
Genom att gradvis reducera dimensionaliteten hos BEC från tre dimensioner till två dimensioner och sedan till en dimension, observerade fysikerna en serie dramatiska förändringar i dess kollektiva egenskaper. I tre dimensioner uppvisade BEC ett konventionellt superfluidbeteende, kännetecknat av långdistansordning och koherens. Men när dimensionaliteten reducerades, genomgick superfluiden en serie fasövergångar, vilket resulterade i bildandet av olika typer av ordnade tillstånd.
I två dimensioner bildade BEC ett ordnat tillstånd av nästan lång räckvidd, där korrelationerna mellan atomerna fortfarande var signifikanta men inte längre sträckte sig över oändliga avstånd. Att ytterligare reducera dimensionaliteten till en dimension ledde till en fullständig nedbrytning av superfluidbeteendet, eftersom atomerna blev lokaliserade och förlorade sin långdistanskoherens.
Denna banbrytande studie ger en omfattande förståelse för hur de kollektiva egenskaperna hos en superfluid utvecklas när dess dimensionalitet kontinuerligt modifieras. Resultaten fördjupar inte bara vår grundläggande förståelse av kvantmateria utan banar också väg för förverkligandet av nya kvanttillstånd och enheter. Dessa fynd kan få långtgående konsekvenser för kvantinformationsbehandling, precisionsmätningar och utvecklingen av framtida kvantteknologier.
