Forskere ser fyrværkeri fra atomer ved ultralave temperaturer

Forskere bliver normalt ikke behandlet med fyrværkeri, når de opdager noget om universet. Men et team af forskere ved University of Chicago fandt et show, der ventede på dem på atomniveau - sammen med en ny form for kvanteadfærd.

"Dette er en meget grundlæggende adfærd, som vi aldrig har set før; det var en stor overraskelse for os, "sagde studieforfatter og professor i fysik Cheng Chin. Udgivet 6. november i Natur , forskningen beskriver et mærkeligt fænomen-set i det, man troede var et velforstået system-der en dag kan være nyttigt i kvanteteknologiske applikationer.

Chins laboratorium undersøger, hvad der sker med partikler kaldet bosoner i en særlig tilstand kaldet et Bose-Einstein-kondensat. Ved afkøling til temperaturer nær absolut nul, bosoner vil alle kondensere til den samme kvantetilstand. Forskere anvendte et magnetfelt, skubber atomerne, og de begyndte at støde sammen - sendte nogle flyvende ud af kondensatet. Men snarere end et ensartet felt af tilfældige udstødninger, de så lyse jetstråler af atomer skyde sammen fra diskens kant, som miniaturefyrværkeri.

"Hvis du havde bedt næsten alle om at forudsige, hvad der ville ske, de ville have sagt, at disse kollisioner bare ville sende atomer flyve i tilfældige retninger, " sagde postdoc Logan Clark, undersøgelsens første forfatter; han og medforfatter og postdoc Anita Gaj var de første, der så fænomenet. "Men det, vi ser i stedet, er tusindvis af bosoner, der samler sig for at gå i samme retning."

"Det er som om folk danner enighed og går i grupper, "Sagde Chin.

De små jetfly kan dukke op i andre systemer, sagde forskere - og forståelse af dem kan hjælpe med at kaste lys over den underliggende fysik i andre kvantesystemer.

I øvrigt, jetflyene, ligesom andre nye kvanteadfærd, kan være af interesse for teknologi. "For eksempel, hvis du sendte et bestemt atom i en retning, så ville en flok flere følge i den samme retning, som ville hjælpe dig med at forstærke små signaler i den mikroskopiske verden, " sagde Clark.

Da der leveres energi til systemet, og partiklerne ikke er i deres grundtilstand, det falder ind under kategorien et særligt varmt område inden for kvanteteknisk forskning kaldet "drevne" kvantesystemer, sagde forfatterne. Systemernes fysik i disse kvantetilstande er ikke godt forstået, men afgørende for konstruktion af nyttige teknologier.

Imidlertid, Bose-Einstein kondensater er et generelt velstuderet område, så de var spændte på at se en aldrig før dokumenteret adfærd, sagde forskerne.

"Hvis du ser noget skørt i dette simple eksperiment, det får dig til at spekulere på, hvad der ellers er derude, "sagde kandidatstuderende Lei Feng, også medforfatter.