Undersøgelse af en gass adfærd, når den overgår mellem kvante- og klassiske tilstande

Et team af forskere fra MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms har udviklet en måde at studere og måle gasser, når de overgår mellem kvante- og klassiske tilstande på grund af ændringer i temperaturen. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve , gruppen beskriver eksperimenter, de udførte med skyer af lithium-6 atomer, og hvad de fandt.

Boltzmann -gasser består af partikler med ubetydelig volumen og perfekt elastiske kollisioner - de er beskrevet, naturligt nok, af Boltzmanns kinetiske teori. I sådan en gas, partikler bevæger sig tilfældigt rundt og støder ofte sammen. Tidligere forskning har vist, at hvis en Boltzmann -gas afkøles tilstrækkeligt, den gennemgår en transformation så radikal, at den kun kan beskrives i kvantetermer. Desuden, hvis partiklerne, der udgør gassen, er fermioner, resultatet kan beskrives ved hjælp af Fermi væske teori. Især processen kan bevæge sig i begge retninger. I denne nye indsats, forskerne har udviklet en måde at overvåge og måle de ændringer, der sker, når gassen skifter mellem en kvantetilstand og en klassisk tilstand.

For at studere overgangen, forskerne brugte kvasipartikler som en måde at måle egenskaberne af Fermi -gassen - mere specifikt, de skabte en sky af lithium-6 atomer ved hjælp af det, der er kendt som en "laserboks". De afkølede derefter æsken og dens indhold og overvågede, hvad der skete inde ved hjælp af ejektionsspektroskopi, hvor fotoner vender den indre tilstand af urenheder, så de ikke interagerer med gassen. De var derefter i stand til at bruge antallet af atomer, der blev vendt til at måle energien af ​​fotoner, og derefter beregne excitationer af gassen. Dette gjorde det muligt for dem at beregne energien og forfaldshastighederne for kvasipartiklerne.

Gruppen gennemførte også et eksperiment for at måle kvasipartiklerne ved forskellige temperaturer, hvilket gjorde det muligt for dem at se, hvad der faktisk skete, da gassen skiftede. De bemærker, at når temperaturen steg, spidsspektret mistede energi og blev bredere. Til sidst, kvasepartiklerne mistede deres identitet, og på dette tidspunkt, Fermi -teorien begyndte at slappe af. De rapporterer også, at lige under det punkt, hvor Fermi-teorien blev anvendelig, der var en skarp ændring i energien i spektrumtoppen, som til sidst faldt til nul.

© 2019 Science X Network