Een team van onderzoekers van de Universiteit van Heidelberg is erin geslaagd een apparaat te bouwen waarmee ze voor het eerst Pauli-kristallen konden observeren. Ze hebben een paper geschreven waarin ze hun inspanningen beschrijven en hebben deze geüpload naar de arXiv preprint-server.

Het Pauli-uitsluitingsprincipe is vrij eenvoudig:het stelt dat geen twee fermionen dezelfde reeks kwantumgetallen kunnen hebben. Maar zoals met veel principes in de natuurkunde, deze eenvoudige bewering heeft een diepgaande invloed gehad op de kwantummechanica. Als we het principe nader bekijken, blijkt dat het ook suggereert dat geen twee fermionen dezelfde kwantumtoestand kunnen bezetten. En dat betekent dat elektronen verschillende banen rond een kern moeten hebben, en bij uitbreiding, het verklaart waarom atomen volume hebben. Dit begrip van de zelfordening van fermionen heeft geleid tot andere bevindingen, bijvoorbeeld dat ze kristallen moeten vormen met een specifieke geometrie, die nu bekend staan ​​als Pauli-kristallen. Toen deze waarneming voor het eerst werd gedaan, het was duidelijk dat een dergelijke kristalvorming alleen onder unieke omstandigheden kon plaatsvinden. In deze nieuwe poging de onderzoekers hebben de omstandigheden opgelost, en daarbij, hebben een apparaat gebouwd waarmee ze voor het eerst Pauli-kristallen konden observeren.

Het werk omvatte een opstelling met lasers die een wolk lithium-6-atomen konden vangen die onderkoeld waren tot hun lagere energietoestand, hen te dwingen zich aan het uitsluitingsbeginsel te houden, in een één atoom dikke platte laag. Het team gebruikte vervolgens een techniek waarmee ze de atomen konden fotograferen wanneer ze zich in een bepaalde staat bevonden - en alleen die atomen. Vervolgens gebruikten ze de camera om 20, 000 foto's, maar gebruikten alleen die die het juiste aantal atomen vertoonden - wat aangeeft dat ze vasthielden aan het Pauli-uitsluitingsprincipe. Volgende, het team verwerkte de resterende afbeeldingen om de impact van het algehele momentum in de atoomwolk te verwijderen, draai ze goed, en vervolgens duizenden van hen over elkaar heen gelegd, het onthullen van de momentumverdeling van de individuele atomen - dat was het punt waarop kristalstructuren op de foto's begonnen te verschijnen, zoals de theorie voorspelde. De onderzoekers merken op dat hun techniek ook kan worden gebruikt om andere effecten te bestuderen die verband houden met op fermion gebaseerde gassen.

© 2020 Wetenschap X Netwerk