Wetenschappers worden normaal gesproken niet getrakteerd op vuurwerk als ze iets over het universum ontdekken. Maar een team van onderzoekers van de Universiteit van Chicago vond een show die op atomair niveau op hen wachtte - samen met een nieuwe vorm van kwantumgedrag.

"Dit is een zeer fundamenteel gedrag dat we nog nooit eerder hebben gezien; het was een grote verrassing voor ons, " zei studie auteur en professor in de natuurkunde Cheng Chin. Gepubliceerd op 6 november in Natuur , het onderzoek beschrijft een merkwaardig fenomeen - gezien in wat werd beschouwd als een goed begrepen systeem - dat ooit nuttig zou kunnen zijn in toepassingen van kwantumtechnologie.

Het laboratorium van Chin bestudeert wat er gebeurt met deeltjes die bosonen worden genoemd in een speciale staat, een Bose-Einstein-condensaat. Bij afkoeling tot temperaturen nabij het absolute nulpunt, bosonen zullen allemaal condenseren tot dezelfde kwantumtoestand. Onderzoekers pasten een magnetisch veld toe, de atomen verdringen, en ze begonnen te botsen - sommigen vlogen uit het condensaat. Maar in plaats van een uniform veld van willekeurige uitwerpselen, ze zagen heldere stralen atomen tegen elkaar schieten vanaf de rand van de schijf, als miniatuur vuurwerk.

"Als je bijna iedereen had gevraagd om te voorspellen wat er zou gebeuren, ze zouden hebben gezegd dat deze botsingen er alleen maar voor zouden zorgen dat atomen in willekeurige richtingen wegvliegen, " zei postdoctoraal fellow Logan Clark, de eerste auteur van de studie; hij en co-auteur en postdoctoraal fellow Anita Gaj waren de eersten die het fenomeen zagen. "Maar wat we in plaats daarvan zien, zijn duizenden bosonen die samenkomen om in dezelfde richting te vertrekken."

"Het is alsof mensen een consensus vormen en in groepen vertrekken, ' zei Chin.

De kleine jets kunnen in andere systemen voorkomen, onderzoekers zeiden - en het begrijpen ervan kan helpen om licht te werpen op de onderliggende fysica van andere kwantumsystemen.

Bovendien, de jets, net als andere nieuwe kwantumgedragingen, kan interessant zijn voor technologie. "Bijvoorbeeld, als je een bepaald atoom in één richting stuurde, dan zouden er nog een heleboel in diezelfde richting volgen, waarmee je kleine signalen in de microscopische wereld kunt versterken, ' zei Clark.

Omdat er energie aan het systeem wordt geleverd en de deeltjes niet in hun grondtoestand zijn, het valt onder de categorie van een bijzonder heet gebied van kwantumtechnisch onderzoek dat "aangedreven" kwantumsystemen wordt genoemd, zeiden de auteurs. De fysica van systemen in deze kwantumtoestanden is niet goed begrepen, maar essentieel voor de engineering van nuttige technologieën.

Echter, Bose-Einstein-condensaten zijn een algemeen goed bestudeerd gebied, dus ze waren opgewonden om een ​​nooit eerder gedocumenteerd gedrag te zien, zeiden de wetenschappers.

"Als je iets geks ziet in dit eenvoudige experiment, je vraagt ​​je af wat er nog meer is, " zei afgestudeerde student Lei Feng, tevens co-auteur.