Natuurkundigen hebben met succes gevolgd hoe de collectieve eigenschappen van een superfluïde veranderen naarmate de dimensionaliteit ervan voortdurend verandert. Dit baanbrekende onderzoek, gerapporteerd in het tijdschrift Nature, biedt nieuwe inzichten in het kwantumgedrag van materie en is veelbelovend voor de ontwikkeling van de volgende generatie kwantumtechnologieën.

Een superfluïde is een unieke toestand van materie die opmerkelijke eigenschappen vertoont, zoals wrijvingsloze stroming en het vermogen om warmte en elektrische stromen zonder enige weerstand te transporteren. Deze eigenschappen komen voort uit het feit dat supervloeistoffen geen viscositeit hebben en een langeafstandsorde hebben, wat betekent dat hun atomen sterk gecorreleerd zijn over grote afstanden.

In deze studie concentreerde het team van natuurkundigen zich op een type supervloeistof dat bekend staat als een Bose-Einstein-condensaat (BEC), dat wordt gevormd wanneer een gas met extreem koude atomen wordt afgekoeld tot onder een kritische temperatuur. De onderzoekers beperkten de BEC tot een sigaarvormig gebied en gebruikten een combinatie van magnetische velden en laserstralen om de dimensionaliteit van het systeem voortdurend te veranderen.

Door de dimensionaliteit van de BEC geleidelijk terug te brengen van drie dimensies naar twee dimensies en vervolgens naar één dimensie, observeerden de natuurkundigen een reeks dramatische veranderingen in de collectieve eigenschappen ervan. In drie dimensies vertoonde de BEC een conventioneel superfluïd gedrag, gekenmerkt door orde en samenhang op lange afstand. Toen de dimensionaliteit echter werd verminderd, onderging de supervloeistof een reeks faseovergangen, resulterend in de vorming van verschillende soorten geordende toestanden.

In twee dimensies vormde de BEC een quasi-geordende toestand op lange afstand, waarbij de correlaties tussen atomen nog steeds significant waren, maar zich niet langer over oneindige afstanden uitstrekten. Het verder terugbrengen van de dimensionaliteit tot één dimensie leidde tot een volledige ineenstorting van het superfluïde gedrag, omdat de atomen gelokaliseerd raakten en hun coherentie over lange afstand verloren.

Deze baanbrekende studie biedt een uitgebreid inzicht in hoe de collectieve eigenschappen van een superfluïde evolueren naarmate de dimensionaliteit ervan voortdurend wordt gewijzigd. De resultaten verdiepen niet alleen ons fundamentele begrip van kwantummaterie, maar maken ook de weg vrij voor de realisatie van nieuwe kwantumtoestanden en apparaten. Deze bevindingen kunnen verstrekkende gevolgen hebben voor de verwerking van kwantuminformatie, precisiemetingen en de ontwikkeling van toekomstige kwantumtechnologieën.