In de kwantumfysica, enkele van de meest interessante effecten zijn het resultaat van interferenties. decoherentie, of verlies van samenhang, treedt op wanneer een kwantumsysteem uiteindelijk het vermogen verliest om interferenties te produceren, door externe ruis of koppeling met een groter en onbewaakt systeem (d.w.z. de omgeving).

Hoewel veel studies decoherentie in eenvoudige en goed geïsoleerde systemen hebben onderzocht, zoals enkele atomen of ionen, tot nu toe is er heel weinig bekend over decoherentie in veellichamensystemen. Veel lichaamssystemen zijn systemen die bestaan ​​uit veel op elkaar inwerkende deeltjes, waarin correlaties en interacties tussen deeltjes de dissipatieve dynamiek drastisch kunnen veranderen.

Een team van onderzoekers van het Collège de France en Laboratoire Kastler Brossel (een gezamenlijke onderzoekseenheid tussen CNRS en de ENS-Paris Sciences et Lettres en Sorbonne Université) in Frankrijk is onlangs begonnen met het onderzoeken van de decoherentie van een dissipatief veellichamensysteem, specifiek een gas dat bestaat uit sterk op elkaar inwerkende bosonen. hun studie, te zien in Natuurfysica , past in een meer algemene onderzoekslijn die zich richt op decoherentie in kwantumsystemen.

Eerdere studies suggereren dat er een diep verband bestaat tussen decoherentie en de meetprocessen die gewoonlijk worden gebruikt in de kwantummechanica. De onderzoekers baseerden hun onderzoek op deze belangrijke bevinding en probeerden het te gebruiken om observaties te verzamelen over decoherentie in veellichamensystemen.

"Hoewel het decoherentiefenomeen bekend is voor eenvoudige kwantumsystemen, als een atoom of ion, de studie van veellichamensystemen met een zeer groot aantal deeltjes is nog maar net begonnen, "Zei Gerbier. "Gedeeltelijk, dit komt door de moeilijkheid om het niet-evenwichtsgedrag van veellichamensystemen te modelleren, een gebied dat pas recentelijk is gevorderd. Ons werk werd gemotiveerd door de theorie ontwikkeld door D. Poletti en co-auteurs in de groep van Corinna Kollath en Antoine Georges."

Tijdens het uitvoeren van hun studie, Gerbier en zijn collega's hadden verschillende diepgaande discussies met Kollath en Georges over hun theorie, die dus een belangrijke rol speelden in hun werk. In hun experimenten, Gerbier en zijn collega's plaatsten een gas bestaande uit vele sterk op elkaar inwerkende bosonen in een optisch rooster dat werd blootgesteld aan een zwakke bijna-resonante laserstraal. Het kwantumgas dat ze gebruikten, bestond uit bosonische Ytterbium-atomen.

De laser die ze gebruikten, bevordert continu atomen van de elektronische grondtoestand naar een aangeslagen toestand, van waaruit ze terugvallen naar de grondtoestand door een spontaan foton uit te zenden. Deze specifieke opstelling komt overeen met een zwakke en experimenteel afstembare meting van de posities van de atomen.

"Spontane emissie is een leerboekmechanisme voor decoherentie, " legde Gerbier uit. "Het verandert een coherente Rabi-oscillatie in exponentieel verval en vernietigt ook de ruimtelijke fasecoherentie tussen verschillende punten die bestaan ​​in een macroscopische materiegolf zoals de Bose-Einstein-condensaten die in onze experimenten zijn gerealiseerd."

interessant, Gerbier en zijn collega's observeerden een abnormale subdiffusie in de impulsruimte, wat uiteindelijk de opkomst weerspiegelt van langzaam ontspannende toestanden van vele lichamen in het gas. Deze toestanden zijn vergelijkbaar met de subradiant toestanden van veel geëxciteerde emitters.

Eigenlijk, de onderzoekers ontdekten dat decoherentie langzamer is voor een sterk interagerend veellichamensysteem dan voor een verzameling onafhankelijke afzonderlijke deeltjes. In plaats van het standaard exponentiële verval in afzonderlijke deeltjes, ze observeerden een algebraïsch (d.w.z. machtswet) verval en korteafstandscoherentie die langer aanhoudt dan wanneer de atomen niet zouden interageren.

Deze bevinding kan belangrijke implicaties hebben voor de studie van open veellichamensystemen, een benchmark bieden voor toekomstig onderzoek. Soortgelijke machtswet-gedragingen zijn opgemerkt in theoretische studies van verschillende veellichamensystemen, zoals spinketens in fluctuerend magnetisch veld of de invloed van dipool-dipool interacties op optische klokken, maar ze zijn nog niet experimenteel waargenomen.

"We zijn nu van plan om verder te bestuderen hoe ontspanning en decoherentie de eigenschappen van kwantumsystemen met veel lichamen beïnvloeden, daarbij gebruik makend van de flexibiliteit van ultrakoude atomen (variatie van de geometrie, dimensionaliteit, de decoherentiemechanismen, enzovoort..), ' zei Gerbier.

© 2019 Wetenschap X Netwerk