science >> Wetenschap >  >> Fysica

Observatie van gekwantiseerde verwarming in kwantummaterie

Ultrakoude atomen in laserlicht demonstreren de kwantisering van circulair dichroïsme. Krediet:Nathan Goldman

Door een fysiek systeem te schudden, wordt het meestal warmer, in die zin dat het systeem continu energie opneemt. Bij het overwegen van een cirkelvormig schudpatroon, de hoeveelheid energie die wordt geabsorbeerd, kan mogelijk afhangen van de oriëntatie van de cirkelvormige aandrijving (met de klok mee/tegen de klok in), een algemeen fenomeen dat bekend staat als circulair dichroïsme.

in 2017, Nathan Goldman (ULB, Brussel), Peter Zoller (IQOQI, Innsbruck) en collega's voorspelden dat circulair dichroïsme kan worden gekwantiseerd in kwantumsystemen (verwarming wordt dan beperkt door strikte gehele getallen) en vormt een "topologische toestand". Volgens deze theoretische voorspelling de kwantisering van energieabsorptie bij circulair rijden kan direct worden gerelateerd aan topologie, een fundamenteel wiskundig concept dat deze intrigerende toestanden van materie kenmerkt.

Inschrijven Natuurfysica , de experimentele groep van Klaus Sengstock en Christof Weitenberg (Hamburg), in samenwerking met het team van Nathan Goldman, rapporten over de eerste waarneming van gekwantiseerd circulair dichroïsme. Naar aanleiding van het theoretische voorstel van Goldman, Zoller et al., de experimentatoren realiseerden een topologische toestand met behulp van een ultrakoud atomair gas onderworpen aan laserlicht, en bestudeerde de verwarmingseigenschappen ervan bij cirkelvormig schudden van het gas. Door de verwarmingssnelheden van hun systeem nauwkeurig te bewaken, voor een breed scala aan rijfrequenties, ze waren in staat om de door Goldman voorspelde kwantisatiewet te valideren, Zoller et al. in 2017, in overeenstemming met de onderliggende topologische toestand gerealiseerd in het laboratorium.

Voorbij de schoonheid van dit fenomeen, die verwarmingsprocessen verbindt met topologie via een elegante kwantiseringswet, de resultaten die in dit werk worden gerapporteerd, duiden verwarmingsmetingen aan als een krachtige en universele sonde voor exotische toestanden van materie.