Kvantegas bliver supersolid

Forskere ledet af Francesca Ferlaino fra universitetet i Innsbruck og det østrigske videnskabsakademi rapporterer i Fysisk gennemgang X om observation af supersolid-adfærd i dipolære kvantegasser af erbium og dysprosium. I dysprosiumgassen er disse egenskaber uden fortilfælde langlivede. Dette sætter scenen for fremtidige undersøgelser af arten af ​​denne eksotiske fase af stof.

Supersoliditet er en paradoksal tilstand, hvor stoffet både er krystalliseret og superflydende. Forudsagt for 50 år siden, sådan en kontraintuitiv fase, med ret antitetiske egenskaber, har længe været søgt i superflydende helium. Imidlertid, efter årtiers teoretiske og eksperimentelle indsats, et utvetydigt bevis for supersoliditet i disse systemer mangler stadig. To forskerhold ledet af Francesca Ferlaino, en ved Instituttet for Eksperimentel Fysik ved Universitetet i Innsbruck og en ved Instituttet for Kvanteoptik og Kvanteinformation ved det østrigske Videnskabsakademi, nu rapportere om observation af kendetegn ved denne eksotiske tilstand i ultrakolde atomare gasser.

Mens det meste arbejde hidtil har fokuseret på helium, forskere har for nylig vendt sig mod atomare gasser - især, dem med stærke dipolære interaktioner. Holdet af Francesca Ferlaino har i lang tid undersøgt kvantegasser lavet af atomer med en stærk dipolær karakter. "Seneste eksperimenter har afsløret, at sådanne gasser udviser grundlæggende ligheder med superfluid helium, " siger Lauriane Chomaz, med henvisning til eksperimentelle resultater i Innsbruck og Stuttgart gennem de sidste par år. "Disse funktioner danner grundlaget for at nå en tilstand, hvor de flere titusindvis af partikler af gassen spontant organiserer sig i en selvbestemt krystallinsk struktur, mens de deler den samme makroskopiske bølgefunktion - kendetegnende for supersoliditet."

Forskerne i Innsbruck skabte eksperimentelt tilstande, der viser disse karakteristika ved supersoliditet ved at indstille interaktionsstyrken mellem partiklerne, i både erbium og dysprosium kvantegasser. "Mens supersolid-adfærden i erbium kun er forbigående - i tråd med de seneste smukke eksperimenter i Pisa og i Stuttgart - viser vores dysprosium-erkendelse en hidtil uset stabilitet, " siger Francesca Ferlaino. "Her, Supersolid-adfærden lever ikke kun længe, ​​men kan også opnås direkte via fordampningskøling, begyndende fra en termisk prøve." Som at puste over en kop te, princippet her er at fjerne de partikler, der bærer flest energier, så gassen bliver køligere og køligere og til sidst når en kvantedegenereret stationær tilstand med superfaste egenskaber ved termisk ligevægt.

Dette giver spændende perspektiver for nær fremtidseksperimenter og teorier, da den supersolid tilstand i denne indstilling er lidt påvirket af dissipativ dynamik eller excitationer, dermed baner vejen for at sondere dets excitationsspektrum og dets superflydende adfærd. Arbejdet blev økonomisk støttet af den østrigske videnskabsfond FWF, det østrigske videnskabsakademi, og Den Europæiske Union.