Fizycy zaobserwowali narodziny kwazicząstek

Kategorie: 

Źródło: IQOQI/Harald Ritsch

Proces formowania się kwazicząstek jest ekstremalnie trudny do zaobserwowana, gdyż trwa dosłownie ułamek sekundy. Lecz grupa fizyków z Rudolfem Grimmem na czele, we współpracy z międzynarodowym zespołem fizyków-teoretyków, zdołała zasymulować narodziny polaronów w ultrazimnym gazie kwantowym w czasie rzeczywistym. Wyniki badań opublikowano na łamach czasopisma Science.

 

Koncepcja kwazicząstek to narzędzie, pozwalające opisywać procesy zachodzące w wielu systemach kwantowych. Przykładowo, elektron poruszający się w materiale generuje polaryzację w swoim otoczeniu. Ta "polaryzacyjna chmura" przemieszcza się wraz z elektronem i teoretycznie można go opisać jako kwazicząstkę (polaron).

 

Rudolf Grimm zwraca uwagę na to, że formowanie się kwazicząstek jest kwestią attosekund (jedna attosekunda to 0,000000000000000001 sekundy). Zaobserwowanie tego procesu jest więc prawdziwym wyzwaniem, lecz jego zespół dokonał przełomu.

 

Ultrazimne gazy kwantowe to idealna platforma do badań zjawisk fizycznych, zachodzących w ciałach stałych, ale także stanów egzotycznych materii. We współpracy z fizykami teoretykami z Uniwetsytetu Harvarda, Uniwersytetu Technicznego w Monachium oraz Uniwersytetu Monash, Rudolf Grimm i jego zespół badał dynamikę kwazicząstek w czasie rzeczywistym. W komorze próżniowej, dzięki zastosowaniu techniki laserowej, naukowcy stworzyli ultrazimne gazy kwantowe, wykonane z atomów litu z niewielką ilością atomów potasu w centrum. Dla obu rodzajów atomów zastosowano izotopy fermionowe, które należą do tej samej fundamentalnej klasy co elektrony.

 

Dzięki polu magnetycznemu regulowano interakcje między atomami, w wyniku których powstały polarony. W ten sposób udało się zaobserwować proces tworzenia się kwazicząstek. Jak wyjaśnia Rudolf Grimm, podczas eksperymentu zasymulowano te same procesy fizyczne, lecz w znacznie mniejszych gęstościach. W tym przypadku, czas powstawania polaronów wynosił kilka mikrosekund. Dokonanie pomiaru wciąż było wielkim wyzwaniem a należy dodać, że w skondensowanej materii, kwaziczątki powstają w ciągu około 100 attosekund. Główny autor badania dodał: "Opracowaliśmy nową metodę obserwacji "narodzin" polaronu praktycznie w czasie rzeczywistym. Może ona się okazać bardzo interesującym podejściem do lepszego zrozumienia kwantowych właściwości fizycznych ultraszybkich urządzeń elektronicznych".

 

Ocena: 

Nie ma jeszcze ocen

Skomentuj