Et nyt værktøj til at undersøge grundlæggende spørgsmål

Identificering af elementære bestanddele, herunder kvarker, bosoner og elektroner, og den måde, hvorpå disse partikler interagerer med hinanden, udgør en af ​​de største udfordringer i moderne fysiske videnskaber. At løse dette enestående problem vil ikke kun uddybe vores forståelse af universets tidlige dage, men vil også kaste lys over eksotiske tilstande af stof, såsom superledere.

Udover gasser, væsker og faste stoffer, stof kan eksistere i andre former, når det udsættes for ekstreme forhold. Sådanne situationer stødte på i universet lige efter Big Bang, og de kan også efterlignes i laboratoriet. Og mens der blev opdaget en overflod af elementarpartikler i højenergikolliderer, komplekse spørgsmål vedrørende deres interaktioner og eksistensen af ​​nye materielle tilstande forbliver ubesvarede.

I samarbejde med den eksperimentelle gruppe af Immanuel Bloch, Monika Aidelsburger og Christian Schweizer (München), og teoretikerne Eugene Demler og Fabian Grusdt (Harvard), Nathan Goldman og Luca Barbiero (fysik i komplekse systemer og statistisk mekanik, Science Faculty) har foreslået og valideret en ny eksperimentel tilgang, hvorigennem disse rige fænomener kan studeres.

Udgivet i Naturfysik , deres arbejdsrapporter om den eksperimentelle realisering af en "gitter gauge teori, "en teoretisk model, der oprindeligt blev foreslået af Kenneth Wilson, Nobelprisen i fysik modtager i 1982, at beskrive interaktionerne mellem elementarpartikler såsom kvarker og gluoner. Forfatterne demonstrerer, at deres eksperimentelle setup, en ultrakold gas af atomer manipuleret af lasere, gengiver egenskaberne ved en sådan model. Udfordringen bestod i at implementere veldefinerede interaktioner mellem stofpartikler og målebosoner, som er formidlere af grundlæggende kræfter. I den kolde atom-sammenhæng, disse typer partikler er repræsenteret ved forskellige atomtilstande, som kan behandles på en meget fin måde ved hjælp af lasere.

Denne nye eksperimentelle tilgang udgør et vigtigt skridt for kvantesimulering af mere sofistikerede teorier, som i sidste ende kan kaste lys over åbne spørgsmål i fysik med høj energi og fast tilstand ved hjælp af eksperimenter med bordplader.