Fyzici vytvořili nový zvláštní kvantový stav nazvaný frakční Fermiho moře

Foto: University of Innsbruck

Vytvoření frakčního Fermiho moře

Vědci z University of Innsbruck ukázali, že ultrachladné atomy mohou být přivedeny do zvláštního nového kvantového stavu nazvaného frakční Fermiho moře, kde se částice organizují neočekávanými způsoby. Tento objev naznačuje novou fázi hmoty, která přesahuje zavedené kvantové teorie a mohla by rozšířit možnosti kvantové simulace.

Autor původního článku: redakce

Skrytý řád v excitovaném kvantovém stavu

Ultrachladné atomy cesia byly uzamčeny do skrytého, uspořádaného stavu po cyklování mezi odpudivými a přitažlivými interakcemi. Výzkum provedený skupinou Nägerl ve spolupráci s teoretickým fyzikem Alvisem Bastianellem z CNRS a Université Paris-Dauphine ukazuje, že neobvyklá třída kvantových stavů známá jako „frakční Fermiho moře“ může být záměrně vytvořena. Tato práce byla publikována v časopise Physical Review Letters.

Nová kritická fáze hmoty

Studie demonstruje, jak může vzniknout nová kritická fáze hmoty, když jsou kvantové částice tlačeny daleko od svých normálních rovnovážných podmínek. Pomocí ultrachladných atomů cesia omezených na jednu dimenzi vědci opakovaně měnili, jak silně se částice mezi sebou ovlivňují. Výsledný stav přesahuje chování předpovězené známou teorií Tomonaga-Luttingerovy kapaliny, která je základním kamenem pro pochopení jednorozměrných kvantových systémů.

Publikace poskytuje teoretický rámec pro nedávný experimentální výzkum provedený ve skupině Hanse-Christopha Nägerla na Katedře experimentální fyziky.

Vlastnosti nového stavu

Nově vytvořený stav vykazuje několik neobvyklých charakteristik. Matematické korelace mezi částicemi odhalují výrazné vlnění, známé jako Friedelovy oscilace, spolu s charakteristickým chováním rozpadu na všech úrovních odpudivých interakcí. Možná nejdůležitější je, že stav vykazuje vlastnosti, které se liší od očekávaných pro Tomonaga-Luttingerovy kapaliny, které dlouho sloužily jako standardní popis jednorozměrné kvantové hmoty.

„Tento stav je vysoce excitovaný, ale není náhodný,“ říká Hanns-Christoph Nägerl, vedoucí skupiny. „Má skrytý řád, který se stává viditelným v jeho korelacích.“ Dodává: „Ještě nejsme jisti, jak bychom měli tyto nové kvazipartice pojmenovat. Možná ‚super-Fermiony‘?“

Nové možnosti kvantové simulace

Tyto charakteristické znaky naznačují přítomnost zcela nové a exotické kritické fáze. Objev nabízí novou cestu pro zkoumání univerzálního kvantového chování pomocí simulátorů studených atomů. Jak říká Hanns-Christoph Nägerl: „Objev frakčních Fermiho moří ukazuje, jak daleko můžeme posunout kvantovou simulaci: nejen reprodukovat známé modely, ale vytvářet a zkoumat stavy, které přesahují zavedené paradigmy.“

Doprovodný článek popisující experimentální realizaci frakčních Fermiho moří prostřednictvím kvantové simulace je v současné době v recenzním řízení.

Mohlo by vás zajímat

• Revoluce v astronomii: 390 detekcí gravitačních vln odhaluje skryté černé díry
• Jednoduchý zvrat, který by mohl přiblížit kvantové počítače realitě
• Vědci dokázali, že kvantový čas může plynout zpět: ohromující průlom ve fyzice

Původní článek: Physicists create a strange new quantum state called a fractional fermi sea