24 сентября, 2021

zhukvesti

Находите все последние статьи и смотрите телешоу, репортажи и подкасты, связанные с Россией.

Сверхтвердые квантовые газы в новом измерении

Ультратвердый двумерный квантовый газ, впервые полученный в лаборатории. Предоставлено: IQOQI Innsbruck / Harald Rich.

Ультратвердый двумерный квантовый газ, впервые полученный в лаборатории.

Квантовые газы хорошо подходят для исследования микроскопических последствий взаимодействия в веществе. Сегодня ученые могут точно контролировать отдельные частицы в сверххолодных газовых облаках в лаборатории, обнаруживая явления, которые невозможно наблюдать в повседневном мире. Например, отдельные атомы в конденсаторе Бозе-Эйнштейна полностью не определены. Это означает, что то же самое кукуруза Он присутствует в любой точке конденсатора в любое время.

Два года назад исследовательская группа под руководством Франчески Ферлайно из отдела экспериментальной физики Университета Инсбрука и Института квантовой оптики и квантовой информации Австрийской академии наук в Инсбруке впервые смогла создать сверхтвердые тела. состояния в экстремально холодных условиях. Квантовые газы магнитных атомов. Магнитное взаимодействие заставляет атомы самоорганизовываться в капли и располагаться в регулярном порядке.

«Обычно можно подумать, что каждый атом можно найти в отдельной капле, и их невозможно спутать», – говорит Мэтью Норча из команды Франчески Ферлайно. «Однако в сверхтвердом состоянии каждая частица расположена во всех каплях, присутствующих одновременно в каждой капле. Таким образом, по сути, у вас есть система с рядом областей (капель) с высокой плотностью, которые все имеют одни и те же неопознанные атомов. “.

Эта своеобразная конфигурация позволяет создавать такие эффекты, как поток без трения, несмотря на наличие пространственного расположения (сверхтекучесть).

Новые измерения и новые эффекты для исследования

До сих пор сверхтвердые состояния в квантовых газах никогда не наблюдались, кроме как в виде серии капель (вдоль одного измерения). «В сотрудничестве с теоретиками Луисом Сантосом из Университета Лейбница в Ганновере и Расселом Биссетом в Инсбруке мы расширили это явление до двух измерений, создав системы с двумя или более рядами капель», – объясняет Мэтью Норча. Это не только количественное улучшение, но и критическое расширение исследовательской перспективы.

READ  Минздрав одобрил бустеры COVID для всех израильтян старше 40 лет

«Например, в сверхжесткой 2D-системе можно изучить, как вихри образуются в отверстии между несколькими соседними каплями», – говорит он. «Эти описанные вихри теоретически еще не были продемонстрированы, но они представляют собой важное последствие перелива жидкости», – уже заглядывает в будущее Франческа Ферлайно. Эксперимент, опубликованный в журнале Nature, открывает новые возможности для дальнейших исследований фундаментальной физики этого удивительного состояния материи.

Новое направление исследований: супертвердые тела

Предсказанные 50 лет назад сверхтвердые тела с их удивительными свойствами были широко исследованы в сверхтекучем гелии. Однако после десятилетий теоретических и экспериментальных исследований все еще есть явные доказательства сверхжесткости этой системы. Два года назад исследовательским группам в Пизе, Штутгарте и Инсбруке независимо друг от друга впервые удалось создать так называемые сверхтвердые тела из магнитных атомов в ультрахолодных квантовых газах. В основе новой и развивающейся области исследований сверхтвердых тел лежит сильная полярность магнитных атомов, свойства взаимодействия которых позволяют создать это парадоксальное квантово-механическое состояние материи в лаборатории.

Ссылка: «Двумерная сверхтвердость в дипольном квантовом газе» 18 августа 2021 г. Доступно здесь. природа.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03725-7

Исследование финансировалось, в частности, Австрийским научным фондом FWF, Федеральным министерством образования, науки и исследований и Европейским союзом.