Kvantfysisk modelsystem

To forskere ved Heidelberg University har udviklet et modelsystem, der muliggør en bedre forståelse af processerne i et kvantefysisk eksperiment med ultrakølede atomer. Ved hjælp af computerassisterede metoder, Professor Dr. Sandro Wimberger og David Fischer fra Institute for Theoretical Physics opdagede fysiske love, der peger på de universelle egenskaber ved dette system. Deres resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Annalen der Physik .

Under visse betingelser, små partikler følger helt andre fysiske love end dem, vi er vant til. "Iagttagelse af sådanne kvantefysiske fænomener, imidlertid, er nogle gange svært og kræver arbejde med små og isolerede systemer og for at undersøge dem. Men perfekt isolation fra miljøet er aldrig mulig, så ydre påvirkninger let kan ødelægge den skrøbelige tilstand i kvantesystemet, "forklarer hovedforfatter David Fischer, studerende i fysik ved Heidelberg University. For forsøg på dette område, at holde sådanne afbrydelser under kontrol er af stor interesse. "Denne kontrol gør det muligt for os ikke kun at sikre systemets sammenhæng, men det kan også bruges selektivt til at udføre særlige forhold, "understreger prof. Wimberger.

Ultrakølede atomer fyldt i såkaldte potentielle brønde har vist sig at være egnede testobjekter i mange forsøg. En særlig laserkonfiguration bruges til at generere en barriere, der låser atomerne i et lille område. Hvis flere brønde derefter bringes tæt nok sammen, atomerne har evnen til at "tunnelere" fra en brønd til en tilstødende. De er stadig fanget i brøndene, men kan bevæge sig fra en brønd til en anden, ifølge Heidelberg -fysikerne. Atomenes temperatur, som kun er lige over det absolutte nul ved -273,15 grader Celsius, går ind for denne kvantemekaniske adfærd.

Ved udviklingen af ​​deres modelsystem, David Fischer og Sandro Wimberger gengav et eksperiment udført på Kaiserslautern Tekniske Universitet. Der, adfærd af kolde atomer i en kæde af potentielle brønde blev undersøgt. Forskerne fyldte kæden med atomer, tømt midten godt, og så den genopfyldes med atomer fra de andre brønde. "Resultaterne af denne undersøgelse tyder på, at dekoherens, dvs. ekstern interferens, spiller en afgørende rolle i denne proces. Hvad der er uklart, er hvilke mikroskopiske processer kvantesystemet bruger til at interagere med miljøet, ”siger David Fischer.

I deres computerassisterede simulering af genopfyldningsprocessen, de to Heidelberg -forskere testede forskellige hypoteser og undersøgte, hvilke processer der rent faktisk påvirkede modelsystemets adfærd. Blandt andet, de bemærkede, at den tid, der kræves til genopfyldningsprocessen, varierede baseret på systemparametrene. Denne varighed følger en magtlov, afhængigt af dekoherenshastigheden, forskerne har angivet. "I fysikken, dette er ofte et tegn på en universel adfærd i systemet, der er gældende for alle skalaer, dermed forenkle det overordnede problem, "fastslår professor Wimberger.