Ny tilgang til eksotisk kvantestof

I en tredimensionel verden, alle partikler skal enten være fermioner eller bosoner, men i færre dimensioner, eksistensen af ​​partikler kendt som anyons, som har mellemliggende kvantestatistikker, er muligt. Sådanne fascinerende objekter menes stærkt at eksistere som nye kvasipartikler i fraktioneret kvante Hall-systemer, men trods store anstrengelser, eksperimentelle beviser for nogen er forblevet meget begrænset. Da kvantestatistik er defineret gennem opførselen af ​​fasen af ​​bølgefunktionen, når to identiske partikler udveksles, tidlige forsøg på enhver påvisning har været baseret på interferometriske målinger ved brug af Fabry-Perot interferometri eller beamsplitter eksperimenter.

Indtil nu, der har været mange bestræbelser på at forbedre de eksperimentelle beviser for nogen ved at søge efter måder at studere FQH-effekten på og forstå dens underliggende fysik i meget kontrollerbare kvantesystemer såsom kolde atomer eller fotoniske kvantesimulatorer. Der er undersøgelser, der har vist, at lys-stof-interaktioner kan skabe og fange fraktionerede kvasipartikler i atomare gasser eller elektroniske systemer, og via time-of-light billeddannelse, måle signaturer af brøkstatistikker båret af det totale vinkelmoment af et brøkkvante Hall-system.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve , ICFO-forskere Tobias Grass, Niccolo Baldelli, og Utso Bhattacharya, ledet af ICREA Prof. ved ICFO Maciej Lewenstein, og i samarbejde med Bruno Julia-Díaz fra universitetet i Barcelona, beskrive en ny tilgang til enhver-detektion, hvilket er et afgørende element for at øge kendskabet til eksotisk kvantestof.

I modsætning til tidligere detektionsordninger, undersøgelsen forfattet af forskerne åbner en ny mulighed, der hverken kræver partikeludveksling eller interferometri. I stedet, forfatterne foreslår at spore anyonernes adfærd ved at binde urenhedspartikler til dem. Specifikt, det gennemsnitlige vinkelmomentum af en enkelt urenhed er vist at tage karakteristiske værdier, der muligvis er fraktioneret. For et system med flere urenheder, det samlede vinkelmomentum bør så afhænge af, hvordan disse effektive enkelt-urenhedsniveauer udfyldes. Påfaldende nok, værdien opnået af forfatterne svarer hverken til fyldningen af ​​et Fermi-hav eller til kondenseringen af ​​en bosonisk tilstand. I stedet, urenhedens vinkelmoment interpolerer mellem disse begrænsende tilfælde, og den fraktionelle statistiske parameter for anyonerne kan straks udledes af denne interpolation.

Deres detektionsskema kræver kun tæthedsmålinger og kan være anvendeligt til Abelske kvante Hall faser i elektroniske materialer såvel som i fotoniske eller atomare kvantesimulatorer. Forfatterne diskuterer også mulige generaliseringer over for ikke-abiske nogen. Da urenhederne realiserer en ikke-interagerende gas af anyons, deres arbejde udgør også muligheden for at studere den indviklede termodynamik af anyoniske systemer.