Gas kuantum dua dimensi ultra-padat diproduksi di laboratorium untuk pertama kalinya.

Gas kuantum sangat cocok untuk menyelidiki konsekuensi mikroskopis dari interaksi dalam materi. Saat ini, para ilmuwan dapat dengan tepat mengontrol partikel individu dalam awan gas ultra-dingin di laboratorium, mengungkapkan fenomena yang tidak dapat diamati di dunia sehari-hari. Misalnya, atom individu dalam kapasitor Bose-Einstein sama sekali tidak terdefinisi. Artinya sama Jagung Itu hadir di setiap titik di dalam kapasitor setiap saat.

Dua tahun lalu, sebuah kelompok penelitian yang dipimpin oleh Francesca Ferlaino dari Departemen Fisika Eksperimental di Universitas Innsbruck dan Institut Optik Kuantum dan Informasi Kuantum di Akademi Ilmu Pengetahuan Austria di Innsbruck untuk pertama kalinya mampu menghasilkan super-padat. negara dalam kondisi yang sangat dingin. Gas kuantum atom magnetik. Interaksi magnetik menyebabkan atom-atom mengatur diri dalam tetesan dan mengatur diri mereka sendiri dalam pola yang teratur.

“Biasanya, Anda akan berpikir bahwa setiap atom dapat ditemukan dalam setetes tertentu, tanpa cara untuk membingungkan mereka,” kata Matthew Norcia dari tim Francesca Ferlaino. “Namun, dalam keadaan super-padat, setiap partikel terletak di semua tetesan, hadir secara bersamaan di setiap tetes. Jadi, pada dasarnya, Anda memiliki sistem dengan serangkaian daerah kepadatan tinggi (tetesan) yang semuanya memiliki kesamaan yang tidak teridentifikasi. atom.”.

Konfigurasi aneh ini memungkinkan efek seperti aliran non-gesekan meskipun ada pengaturan spasial (superfluiditas).

Dimensi baru dan efek baru untuk dijelajahi

Sampai sekarang, keadaan superpadat dalam gas kuantum tidak pernah diamati kecuali sebagai serangkaian tetesan (sepanjang satu dimensi). “Bekerja sama dengan ahli teori Luis Santos di Universitas Leibniz Hanover dan Russell Bisset di Innsbruck, kami sekarang telah memperluas fenomena ini menjadi dua dimensi, sehingga memunculkan sistem dengan dua atau lebih baris tetesan,” jelas Matthew Norcia. Ini bukan hanya peningkatan kuantitatif, tetapi juga secara kritis memperluas perspektif penelitian.

“Misalnya, dalam sistem 2D super-kaku, seseorang dapat mempelajari bagaimana vortisitas terbentuk di lubang antara beberapa tetesan yang berdekatan,” katanya. “Pusaran yang dijelaskan ini secara teoritis belum ditunjukkan, tetapi mereka mewakili konsekuensi penting dari cairan yang meluap,” Francesca Ferlaino sudah melihat ke masa depan. Eksperimen, yang sekarang diterbitkan dalam jurnal Nature, menciptakan peluang baru untuk penelitian lebih lanjut tentang fisika dasar dari keadaan materi yang menakjubkan ini.

Area penelitian baru: supersolids

Diprediksi 50 tahun yang lalu, superhardness dengan sifat-sifatnya yang luar biasa diselidiki secara ekstensif dalam helium superfluida. Namun, setelah beberapa dekade penelitian teoretis dan eksperimental, masih ada bukti yang jelas tentang kekakuan super dalam sistem ini. Dua tahun lalu, kelompok penelitian di Pisa, Stuttgart dan Innsbruck secara independen berhasil untuk pertama kalinya dalam menciptakan apa yang disebut supersolids dari atom magnetik dalam gas kuantum ultra-dingin. Dasar dari bidang penelitian yang baru dan berkembang untuk superpadatan adalah polaritas kuat atom magnetik, yang sifat interaksinya memungkinkan keadaan mekanika kuantum paradoks materi ini dibuat di laboratorium.

Referensi: “Kekerasan Super Dua Dimensi dalam Gas Kuantum Dipol” 18 Agustus 2021 Tersedia di sini. alam.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03725-7

Penelitian ini didukung secara finansial oleh Austrian Science Fund FWF, Kementerian Federal Pendidikan, Sains dan Penelitian dan Uni Eropa, antara lain.