Ultrakolde gasser i tidsafhængige magnetfelter

Det er nu teknisk muligt at holde grupper af atomer ved temperaturer, der kun er et par hundrededele af en grad over det absolutte nulpunkt. Denne såkaldte 'ultrakold gas' indlæst i et optisk gitter er en ekstremt kraftfuld platform til at studere kvantemekaniske fænomener inklusive faseovergange, på grund af den fremragende kontrol af eksperimentelle parametre, såsom potentielle dybder, inter-partikel interaktionsstyrker og gitterparametre. Sk Noor Nabi fra Zhejiang University i Hangzhou, Kina og kolleger i Indian Institute of Technology, Guwahati, Indien, har studeret faseovergangen mellem Mott isolerende (MI) og superfluid (SF) tilstande af en sådan gas i et tidsafhængigt syntetisk magnetfelt. Deres resultater, udgivet i EPJ B , vise, at gassens energispektrum mister symmetri i det fluktuerende magnetfelt. Dette er observeret i forsvinden af ​​den slående 'Hofstadters sommerfugl'-effekt set i energispektret under et konstant magnetfelt.

Fysikken bag en ultrakold gas – sagt på en anden måde, af at interagere, neutrale bosoner tæt på det absolutte nul – kan beskrives matematisk med Bose-Hubbard-modellen. Ved at bruge denne teori, Nabi og hans medarbejdere modellerede en neutral ultrakold gas i et syntetisk magnetfelt med en magnetisk flux, der varierede over tid. Plotning af fasediagrammerne på forskellige tidspunkter og for forskellige værdier af magnetisk flux viste nogle ganske dramatiske ændringer i formen af ​​grænsen mellem MI (isolerende) og SF (nul viskositet) tilstande. Dermed, stabiliteten af ​​MI-fasen og dermed den kritiske placering af faseovergangen afhænger af det særlige valg af tidsafhængig målefelt. De viste også, at symmetrien af ​​energispektret under et konstant magnetfelt gik tabt, når først tidsafhængighed blev indført, fører til forsvinden af ​​det karakteristiske Hofstadters sommerfuglemønster.

Bose-Hubbard-modellen er vigtig for studiet af kvantesammenfiltring, som har mange anvendelser inden for kvanteinformationsteori. Derfor, undersøgelser som denne - som på overfladen kan virke ret uklare - kan komme til at have 'virkelige' applikationer, når kvantecomputere bliver praktiske.