Ultrakolde kvantepartikler bryder klassisk symmetri

Mange fænomener i den naturlige verden vidner om symmetrier i deres dynamiske udvikling, som hjælper forskere til bedre at forstå et systems indre mekanisme. I kvantefysik, imidlertid, disse symmetrier opnås ikke altid. I laboratorieforsøg med ultrakølede lithiumatomer, forskere fra Center for Quantum Dynamics ved Heidelberg University har for første gang bevist den teoretisk forudsagte afvigelse fra klassisk symmetri. Deres resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Videnskab .

"I den klassiske fysiks verden, energien af ​​en ideel gas stiger proportionalt med det påførte tryk. Dette er en direkte konsekvens af skalasymmetri, og det samme forhold er sandt i ethvert skalainvariant system. I kvantemekanikens verden, imidlertid, interaktionerne mellem kvantepartiklerne kan blive så stærke, at denne klassiske skala symmetri ikke længere gælder, " forklarer lektor Dr. Tilman Enss fra Institut for Teoretisk Fysik. Hans forskningsgruppe samarbejdede med professor Dr. Selim Jochims gruppe på Institut for Fysik.

I deres eksperimenter, forskerne undersøgte adfærden af ​​en ultraforkølelse, superflydende gas af lithiumatomer. Når gassen flyttes ud af sin ligevægtstilstand, det begynder gentagne gange at udvide sig og trække sig sammen i en "vejrtræknings"-bevægelse. I modsætning til klassiske partikler, disse kvantepartikler kan binde sig i par og, som resultat, supervæsken bliver stivere, jo mere den komprimeres. Gruppen ledet af primære forfattere Dr. Puneet Murthy og Dr. Nicolo Defenu – kolleger af Prof. Jochim og Dr. Enss – observerede denne afvigelse fra klassisk skalasymmetri og bekræftede derved direkte dette systems kvantenatur. Forskerne rapporterer, at denne effekt giver et bedre indblik i adfærd for systemer med lignende egenskaber, såsom grafen eller superledere, som ikke har nogen elektrisk modstand, når de afkøles under en vis kritisk temperatur.