Teoretiske fysikere modellerer komplekse kvanteprocesser med kolde atomer og ioner

En gruppe forskere fra Rusland, Tyskland og Iran har udviklet beregningsmetoder i retning af en teori, der beskriver kolde atoms og ions adfærd i optiske og elektromagnetiske fælder. Sådanne metoder kunne muliggøre modellering med fuldstændigt kontrollerede kvantesystemer af komplekse processer inden for faststoffysik og højenergifysik. Andre mulige anvendelser omfatter design af elementer i en kvantecomputer og et ultrapræcist atomur baseret på fangede ultrakølede atomer og ioner. Resultaterne er blevet offentliggjort i Fysisk gennemgang E .

Ved ultralave temperaturer, atomer bevæger sig ved en meget lav hastighed, som gør det muligt for forskere at udføre eksperimenter med høj præcision. Imidlertid, at fortolke og planlægge eksperimenterne, teoretiske beregninger er påkrævet. Dr. Vladimir Melezhik fra RUDN University beskæftiger sig med beregninger af resonansfænomener og kollisionsprocesser i ultrakølede kvantegasser. Kvantgas tilbageholdes ved ultralave temperaturer i en optisk fælde dannet af specielt afstemte laserstråler. Den eksperimentelle teknik gør det muligt at kontrollere og justere parametrene for sådanne kvantesystemer:antallet af partikler, deres spin -sammensætning, temperatur, og den effektive vekselvirkning mellem atomer. Imidlertid, kvantitativ beskrivelse af processerne er væsentligt kompliceret af det faktum, at i sådanne systemer, atomer interagerer ikke kun med hinanden, men også med fælden.

Vladimir Melezhik og hans medforfattere fokuserer på atom- og ionfælder, som har form af stærkt langstrakte cigarer og ligner bølgeledere, der bruges til transmission af elektromagnetiske bølger. Forskerne har undersøgt udbredelsen af ​​elektromagnetisk stråling i bølgeledere i lang tid, og har udviklet effektive beregningsmetoder. Imidlertid, en kvantitativ teori, der kunne beskrive ultrakølede processer i atom- og ionbølgeledere, er stadig under udvikling.

"Fælden tilføjer en kompleksitet til problemet. I frit rum, der er ingen foretrukne retninger. Denne omstændighed gør det muligt at reducere det seksdimensionale kvante to-kropsproblem med to kolliderende atomer til et endimensionelt. Dette er kvantemekanikkens nøgleproblem, beskrevet i lærebøger. Imidlertid, i atomfælden, på grund af udseendet af en foretrukken retning, symmetrien krænkes, hvilket gør det umuligt at reducere problemet til en-dimensionel. I visse tilfælde kan problemet reduceres til den todimensionale Schrödinger-ligning. Imidlertid, i de fleste interessante tilfælde bliver det nødvendigt at integrere Schrödinger -ligningen i højere dimensioner. For at løse denne klasse af problemer, man skal udvikle særlige beregningsmetoder og bruge kraftfulde computere. Det lykkedes os at gøre betydelige fremskridt på dette pas, "sagde forfatteren Vladimir Melezhik.

Ved at ændre fældens parametre, forskere kan kontrollere intensiteten af ​​effektive interatomiske interaktioner, fra superstærk tiltrækning til superstærk frastødning af atomer. Dette gør det muligt at simulere forskellige kritiske kvantefænomener ved hjælp af ultrakoldt fangede atomer.

"Et af områderne i vores arbejde er en numerisk undersøgelse af ultrakølede kvante systemer ved hjælp af hybrid atom-ion fælder, tilbyde nye muligheder for modellering af nogle faktiske processer inden for solid state fysik, elementer i kvanteberegning og præcisionsfysikforskning, "konkluderede forskeren.