Wetenschap
Een onzuiverheidsatoom kan geleidelijk evolueren tot een quasideeltje door interactie met een omringend medium. Dit proces is vergelijkbaar met de vervorming van een kristalrooster veroorzaakt door een elektron dat door een vaste stof beweegt, zoals weergegeven in de inzet. Krediet:CCQ, Universiteit van Aarhus.
In de afgelopen decennia is natuurkundigen over de hele wereld hebben geprobeerd een beter begrip te krijgen van de niet-evenwichtsdynamiek in kwantum veel-lichamensystemen. Sommige studies onderzochten wat bekend staat als quasideeltjes, verstoringen of entiteiten in fysieke systemen die gedrag vertonen dat vergelijkbaar is met dat van deeltjes.
Onderzoekers van de Universiteit van Aarhus hebben onlangs een onderzoek uitgevoerd naar de niet-evenwichtsdynamiek van een kwantumonzuiverheid die is ondergedompeld in een bosonische omgeving. hun papier, gepubliceerd in Natuurfysica , werpt licht op het dynamische gedrag van interagerende veellichamensystemen, terwijl ook het huidige begrip van hoe Bose-polarons worden gevormd, wordt verbeterd.
"Ons recente artikel maakt deel uit van een uitgebreid onderzoek naar zogenaamde quasideeltjes en is het hoogtepunt van een vruchtbare samenwerking tussen experimentele en theoretische fysici aan de Universiteit van Aarhus, " Magnus G. Skou, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Quasideeltjes zijn buitengewoon interessant, omdat ze kunnen bestaan uit talloze deeltjes en hun excitaties."
Het idee van quasideeltjes werd voor het eerst geïntroduceerd in de jaren dertig door natuurkundige Lev Landau, die probeerde een beter begrip te krijgen van complexe kwantumsystemen. De experimenten van Skou en zijn collega's bouwen voort op modellen van Landau.
In hun studie hebben de onderzoekers bereidden coherente superpositietoestanden van atomen in een Bose-Einstein-condensaat met een kleine onzuiverheidstoestandscomponent met behulp van een interferometrische techniek. Vervolgens, ze volgden de evolutie van deze kwantumsuperposities en hun overgang naar polaronische quasideeltjes.
Een centraal onderdeel van het experiment, waar atomen aanvankelijk worden opgesloten en afgekoeld tot temperaturen ver onder die van de interstellaire ruimte. Credit:Lars Kruse/AU foto.
Opmerkelijk, konden de onderzoekers de geboorte van een unieke klasse quasideeltjes observeren, genaamd Bose polarons, voor de allereerste keer. Terwijl in het verleden verschillende onderzoeksgroepen tekenen van deze quasideeltjes ontdekten in laboratoriumomgevingen, tot nu toe bleek het observeren van hun geleidelijke vorming in de loop van de tijd een grote uitdaging, vooral omdat de processen waardoor ze worden gevormd buitengewoon snel zijn.
"We hebben onderzocht hoe onzuiverheden interageren met een puur medium en transformeren in Bose-polarons, " legde Skou uit. "Onze experimenten werden uitgevoerd met behulp van een medium van atomen dat afgekoeld was tot een verbluffend lage temperatuur van slechts een miljardste graad boven het absolute nulpunt, die ver onder de temperatuur van de ruimte ligt."
Met behulp van een gas van ultrakoude atomen, Skou en zijn collega's waren in staat om kwantumonzuiverheden te bestuderen in extreem zuivere en goed gecontroleerde omgevingen. Deze onzuiverheden werden gecreëerd door een paar van de medium atomen over te brengen naar een speciale kwantumtoestand van onzuiverheden, met behulp van een ultrasnelle radiofrequentiepuls van slechts 0,5 µs.
"We ontdekten dat de onzuiverheden dynamisch begonnen te interageren met de atomen van het medium en we hebben deze evolutie gemeten met een andere korte radiofrequentiepuls, "Zei Skou. "Dit schema met twee pulsen maakte het voor ons mogelijk om de uiteindelijke vorming van quasideeltjes van het polaron waar te nemen."
Een deel van het experimentele team in 2018, toen de eerste onderzoeken begonnen. Prof. Jan Arlt (midden) houdt een glazen cel vast waarin atomen worden opgesloten en gekoeld. Credit:Lars Kruse/AU foto.
In hun experimenten, Skou en zijn collega's observeerden drie verschillende regimes van onzuiverheidsevolutie gekenmerkt door dynamische overgangen. Deze regimes verbinden dan de aanvankelijke fysieke dynamiek van een paar lichamen en later een fysieke dynamiek met veel lichamen.
"Onze studie is een grote stap voorwaarts in het begrijpen van Bose-polarons, hun niet-evenwichtsdynamiek en hoe ze worden gevormd, " zei Skou. "Deze kwantumverschijnselen zijn op zichzelf buitengewoon fascinerend, maar er wordt ook aangenomen dat ze sleutelelementen zijn in exotische technologieën zoals organische halfgeleiders en supergeleiders."
In de toekomst, de bevindingen verzameld door Skou en zijn collega's zouden nieuwe mogelijkheden kunnen bieden voor het bestuderen van niet-evenwichtige kwantumverschijnselen, die op hun beurt de ontwikkeling van nieuwe op halfgeleiders en supergeleiders gebaseerde technologieën zouden kunnen beïnvloeden. In hun volgende studies, de onderzoekers zijn ook van plan om de manieren te onderzoeken waarop polarons met elkaar omgaan.
"Deze interacties zijn theoretisch voorspeld in 2018 om twee polarons in staat te stellen aan elkaar te binden, die een geheel nieuw quasideeltje genereert dat bekend staat als een Bose bipolaron, " zei Skou. "Dit voegt een volledig nieuwe laag van opwindende maar complexe kwantumfysica toe. Hoewel dit quasideeltje nog niet is gezien in een ultrakoud gas, we geloven dat ons experiment potentieel heeft om het bestaan ervan te observeren."
© 2021 Science X Network
Vergelijkende biochemie kan een vaag begrip zijn met meerdere betekenissen, alhoewel het boeiende interacties tussen organismen en hun biologieën kan onthullen. Op zijn minst noemen wetenschappers het een interdiscip
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com