Onderzoekers onder leiding van Francesca Ferlaino van de Universiteit van Innsbruck en de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen rapporteren in Fysieke beoordeling X over de observatie van supervast gedrag in dipolaire kwantumgassen van erbium en dysprosium. In het dysprosiumgas zijn deze eigenschappen ongekend lang aanwezig. Dit vormt de basis voor toekomstig onderzoek naar de aard van deze exotische fase van materie.

Supersoliditeit is een paradoxale toestand waarin de materie zowel gekristalliseerd als supervloeibaar is. 50 jaar geleden voorspeld, zo'n contra-intuïtieve fase, met nogal tegengestelde eigenschappen, is lang gezocht in supervloeibaar helium. Echter, na decennia van theoretische en experimentele inspanningen, een ondubbelzinnig bewijs van supersoliditeit in deze systemen ontbreekt nog. Twee onderzoeksteams onder leiding van Francesca Ferlaino, één aan het Instituut voor Experimentele Fysica aan de Universiteit van Innsbruck en één aan het Instituut voor Quantum Optics en Quantum Informatie van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen, rapporteer nu over de waarneming van kenmerken van deze exotische staat in ultrakoude atomaire gassen.

Hoewel het meeste werk tot nu toe gericht was op helium, onderzoekers hebben zich onlangs tot atomaire gassen gewend, in het bijzonder die met sterke dipolaire interacties. Het team van Francesca Ferlaino doet al lange tijd onderzoek naar kwantumgassen gemaakt van atomen met een sterk dipolair karakter. "Recente experimenten hebben aangetoond dat dergelijke gassen fundamentele overeenkomsten vertonen met supervloeibaar helium, " zegt Lauriane Chomaz, verwijzend naar experimentele prestaties in Innsbruck en Stuttgart van de afgelopen jaren. "Deze kenmerken leggen de basis voor het bereiken van een toestand waarin de enkele tienduizenden deeltjes van het gas zich spontaan organiseren in een zelfbepaalde kristallijne structuur terwijl ze dezelfde macroscopische golffunctie delen - kenmerken van supersoliditeit."

De onderzoekers in Innsbruck creëerden experimenteel toestanden die deze kenmerken van supersoliditeit vertoonden door de interactiesterkte tussen de deeltjes af te stemmen, in zowel erbium als dysprosium kwantumgassen. "Terwijl in erbium het supersolide gedrag slechts van voorbijgaande aard is - in lijn met recente mooie experimenten in Pisa en in Stuttgart - toont onze realisatie van dysprosium een ​​ongekende stabiliteit, " zegt Francesca Ferlaino. "Hier, het supervaste gedrag leeft niet alleen lang, maar kan ook direct worden bereikt via verdampingskoeling, uitgaande van een thermisch monster." Alsof je over een kopje thee blaast, het principe hier is om de deeltjes te verwijderen die de meeste energie dragen, zodat het gas koeler en koeler wordt en uiteindelijk een kwantumgedegenereerde stationaire toestand bereikt met supervaste eigenschappen bij thermisch evenwicht.

Dit biedt opwindende vooruitzichten voor experimenten en theorieën in de nabije toekomst, aangezien de supervaste toestand in deze omgeving weinig wordt beïnvloed door dissipatieve dynamiek of excitaties, daarmee de weg vrijmakend voor het onderzoeken van het excitatiespectrum en het superfluïde gedrag ervan. Het werk werd financieel ondersteund door het Oostenrijkse wetenschapsfonds FWF, de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen, en de Europese Unie.