Wetenschap
Onderzoek naar exotisch gedrag in populatie-onevenwichtige fermionische systemen
De afgelopen twintig jaar hebben veel natuurkundigen ultrakoude fermionische systemen bestudeerd die zich in magnetische of optische vallen bevinden. Wanneer een extern magnetisch veld wordt toegepast op een fermionisch systeem met twee soorten, kunnen de deeltjes samen paren om samengestelde 'bosonische moleculen' te vormen met een volledige spin.
Deze moleculen ondergaan Bose-Einstein-condensatie wanneer ze worden afgekoeld, waarbij alle deeltjes zich ophopen in de kwantumtoestand met de laagste energie. De nauwkeurigheid van deze experimenten is nu verbeterd door de deeltjes op te sluiten in optische roosters:periodieke patronen gevormd door tegengesteld voortplantende laserstralen.
Via onderzoek gepubliceerd in The European Physical Journal B hebben Avinaba Mukherjee en Raka Dasgupta van de Universiteit van Calcutta, India, theoretisch een onderscheidende trend voorspeld in de oscillaties van Bose-Einstein-condensaten gevormd uit deze fermionen, die kunnen worden aangepast met behulp van een extern magnetisch veld.
Ze richtten zich specifiek op systemen waarin de twee soorten ongelijke populaties hebben (waarbij overgebleven ongepaarde fermionen ontstaan), wat leidt tot exotische nieuwe fasen. Hun resultaat zou natuurkundigen kunnen helpen dergelijke nieuwe fasen van materie in onevenwichtige fermionische systemen te detecteren en zou nieuwe mogelijkheden voor kwantumtechnologieën kunnen openen.
In hun werk onderzochten Mukherjee en Dasgupta hoe een dergelijk systeem zich zou gedragen als ze een techniek zouden toepassen die vaak wordt gebruikt om ultrakoude atomaire gassen te manipuleren en te controleren. Het heet Feshbach-ontstemming en omvat het aanpassen van de energie die nodig is voor het vormen van bosonische moleculen, met behulp van een extern magnetisch veld.
De onderzoekers ontdekten dat wanneer de Feshbach-ontstemming boven een bepaalde drempel komt, de fractie van de door Bose gecondenseerde deeltjes periodiek zal oscilleren, maar onder deze drempel is er helemaal geen oscillatie. Alles bij elkaar bracht dit een lineair verband aan het licht tussen de oscillatiefrequentie en de kracht van de Feshbach-ontstemming die ze toepasten.
Bovendien ontdekte het duo dat de helling en positie van deze curve belangrijke informatie bevatten over welke exotische fase van materie in het systeem te vinden was. Hun resultaat kan uiteindelijk leiden tot ontdekkingen van geavanceerde nieuwe fysieke eigenschappen in deze systemen, die kunnen worden benut in een breed scala aan kwantumtechnologieën.