Elementaire bestanddelen van materie identificeren, waaronder quarks, bosonen en elektronen, en de manier waarop deze deeltjes met elkaar interageren, vormt een van de grootste uitdagingen in de moderne natuurwetenschappen. Het oplossen van dit onopgeloste probleem zal niet alleen ons begrip van de vroege dagen van het universum verdiepen, maar zal ook licht werpen op exotische toestanden van materie, zoals supergeleiders.

Naast gassen, vloeistoffen en vaste stoffen, materie kan in andere vormen bestaan ​​wanneer het wordt onderworpen aan extreme omstandigheden. Dergelijke situaties kwamen voor in het heelal vlak na de oerknal, en ze kunnen ook worden nagebootst in het laboratorium. En terwijl een overvloed aan elementaire deeltjes werd ontdekt in hoogenergetische versnellers, complexe vragen met betrekking tot hun interacties en het bestaan ​​van nieuwe toestanden van materie blijven onbeantwoord.

In samenwerking met de experimentele groep van Immanuel Bloch, Monika Aidelsburger en Christian Schweizer (München), en theoretici Eugene Demler en Fabian Grusdt (Harvard), Nathan Goldman en Luca Barbiero (Fysica van complexe systemen en statistische mechanica, Wetenschapsfaculteit) hebben een nieuwe experimentele benadering voorgesteld en gevalideerd waarmee deze rijke verschijnselen kunnen worden bestudeerd.

Gepubliceerd in Natuurfysica , hun werk rapporteert over de experimentele realisatie van een "roostermaattheorie, een theoretisch model dat aanvankelijk door Kenneth Wilson werd voorgesteld, winnaar van de Nobelprijs voor de Natuurkunde in 1982, om de interacties tussen elementaire deeltjes zoals quarks en gluonen te beschrijven. De auteurs tonen aan dat hun experimentele opstelling, een ultrakoud gas van atomen gemanipuleerd door lasers, reproduceert de kenmerken van een dergelijk model. De uitdaging bestond uit het implementeren van goed gedefinieerde interacties tussen materiedeeltjes en ijkbosonen, die de bemiddelaars zijn van fundamentele krachten. In de koude-atoomcontext, deze soorten deeltjes worden weergegeven door verschillende atomaire toestanden, die met lasers op een zeer fijne manier kan worden aangepakt.

Deze nieuwe experimentele benadering vormt een belangrijke stap voor de kwantumsimulatie van meer geavanceerde theorieën, die uiteindelijk enig licht kan werpen op open vragen in de hoge-energie- en vastestoffysica met behulp van tafelbladexperimenten.