Undersøgelse observerer unormalt henfald af sammenhæng i et dissipativt system med mange kroppe

I kvantefysik, nogle af de mest interessante effekter er resultatet af interferenser. Dekohærens, eller tab af sammenhæng, opstår, når et kvantesystem til sidst mister evnen til at producere interferenser, på grund af ekstern støj eller kobling til et større og uovervåget system (dvs. det omgivende miljø).

Mens mange undersøgelser har undersøgt dekohærens i enkle og velisolerede systemer, såsom enkelte atomer eller ioner, indtil videre er meget lidt kendt om dekohærens i mange-kropssystemer. Mange kropssystemer er systemer, der består af mange interagerende partikler, hvor interpartikelkorrelationer og interaktioner drastisk kan ændre den dissipative dynamik.

Et team af forskere ved Collège de France og Laboratoire Kastler Brossel (en fælles forskningsenhed mellem CNRS og ENS-Paris Sciences et Lettres og Sorbonne Université) i Frankrig har for nylig sat sig for at undersøge dekohærensen af ​​et dissipativt mange-legeme-system, specifikt en gas, der består af stærkt interagerende bosoner. Deres studie, med i Naturfysik , passer ind i en mere generel forskningslinje, der fokuserer på dekohærens i kvantesystemer.

Tidligere undersøgelser tyder på, at der er en dyb sammenhæng mellem dekohærens og de måleprocesser, der normalt anvendes i kvantemekanikken. Forskerne baserede deres undersøgelse på dette vigtige fund og forsøgte at bruge det til at indsamle observationer om dekohærens i mange-kropssystemer.

"Mens dekohærensfænomenet er velkendt for simple kvantesystemer, som et atom eller ion, undersøgelsen af ​​mange-kropssystemer, der indeholder et meget stort antal partikler, er knap begyndt, " sagde Gerbier. "Delvis, dette skyldes vanskeligheden ved at modellere mange-kropssystemers ikke-ligevægtsadfærd, et felt, der først er gået frem for nylig. Vores arbejde var motiveret af teorien udviklet af D. Poletti og medforfattere i gruppen af ​​Corinna Kollath og Antoine Georges."

Mens de udførte deres undersøgelse, Gerbier og hans kolleger havde flere dybdegående diskussioner med Kollath og Georges om deres teori, som dermed spillede en vigtig rolle i deres arbejde. I deres eksperimenter, Gerbier og hans kolleger placerede en gas bestående af mange stærkt interagerende bosoner i et optisk gitter, der blev udsat for en svag næsten-resonant laserstråle. Den kvantegas, de brugte, bestod af bosoniske Ytterbium-atomer.

Laseren, de brugte, fremmer kontinuerligt atomer fra den elektroniske grundtilstand til en exciteret tilstand, hvorfra de falder tilbage til grundtilstanden ved at udsende en spontan foton. Denne særlige opsætning svarer til en svag og eksperimentelt indstillelig måling af atomernes positioner.

"Spontan emission er en lærebogsmekaniker for dekohærens, " Gerbier forklarede. "Det forvandler en kohærens Rabi-oscillation til eksponentielt henfald og ødelægger også den rumlige fasekohærens mellem forskellige punkter, der eksisterer i en makroskopisk stofbølge, såsom Bose-Einstein-kondensaterne realiseret i vores eksperimenter."

Interessant nok, Gerbier og hans kolleger observerede en unormal subdiffusion i momentumrummet, som i sidste ende afspejler fremkomsten af ​​langsomt afslappende mange-kropstilstande i gassen. Disse tilstande ligner de subradiante tilstande for mange exciterede emittere.

I det væsentlige, forskerne fandt ud af, at dekohærens er langsommere for et stærkt interagerende mange-legeme-system, end det er for en samling af uafhængige enkeltpartikler. I stedet for det standard eksponentielle henfald, der findes i enkelte partikler, de observerede et algebraisk (dvs. magtlov) henfald og kortrækkende sammenhæng, der varer længere, end det ville gøre, hvis atomerne ikke interagerer.

Dette fund kan have vigtige konsekvenser for studiet af åbne mange-kropssystemer, tilbyde et benchmark for fremtidige undersøgelser. Lignende magtlovsadfærd er blevet bemærket i teoretiske undersøgelser af forskellige mangekropssystemer, såsom spin-kæder i fluktuerende magnetfelt eller indflydelsen af ​​dipol-dipol-interaktioner på optiske ure, men de er endnu ikke blevet observeret eksperimentelt.

"Vi planlægger nu at studere yderligere, hvordan afslapning og dekohærens påvirker egenskaberne af mange-krops kvantesystemer, bruge ultrakolde atomers fleksibilitet til at gøre det (varierende geometri, dimensionalitet, dekohærensmekanismerne, etc..), " sagde Gerbier.

© 2019 Science X Network