At dræbe en kvasipartikel:En kvante whodunit

I store systemer af interagerende partikler i kvantemekanik, et spændende fænomen dukker ofte op:grupper af partikler begynder at opføre sig som enkeltpartikler. Fysikere omtaler sådanne grupper af partikler som 'kvasipartikler'.

At forstå kvasipartiklernes egenskaber kan være nøglen til at forstå, og til sidst kontrollere, teknologisk vigtige kvanteeffekter som superledning og superfluiditet.

Desværre, kvasipartikler er kun nyttige, mens de lever. Det er derfor særligt uheldigt, at mange kvasipartikler dør unge, holder langt, langt mindre end et sekund.

Forfatterne af en ny Monash University-ledet undersøgelse offentliggjort i dag i Fysisk gennemgangsbreve undersøg det afgørende spørgsmål:hvordan dør kvasipartikler?

Ud over den sædvanlige mistænkte - kvasipartikelnedbrydning til lavere energitilstande - identificerer forfatterne en ny synder:mange-krops-affasning.

Mange kropsaffaser

Mange-legeme-defasering er uorden af ​​de bestanddele, som partiklerne i kvasipartiklerne opstår naturligt over tid.

Efterhånden som lidelsen øges, kvasipartikelens lighed med en enkelt partikel falmer. Til sidst, den uundgåelige effekt af mange-legeme-affasering dræber kvasipartiklerne.

Langt fra en ubetydelig effekt, forfatterne demonstrerer, at mange-krops-affasering endda kan dominere over andre former for kvasipartikeldød.

Dette er vist gennem undersøgelser af en særlig 'ren' kvasipartikel - en urenhed i en ultrakold atomgas - hvor forfatterne finder stærke beviser for mange-legemes defasering i tidligere eksperimentelle resultater.

Forfatterne fokuserer på det tilfælde, hvor den ultrakolde atomgas er et Fermi-hav. En urenhed i et Fermi-hav giver anledning til en kvasipartikel kendt som den frastødende Fermi-polaron.

Den frastødende Fermi-polaron er en meget kompliceret kvasipartikel og har en historie med at undvige både eksperimentelle og teoretiske undersøgelser.

Gennem omfattende simuleringer og ny teori, forfatterne viser, at en etableret eksperimentel protokol - Rabi-oscillationer mellem urenhedsspin-tilstande - udviser virkningerne af mange-krops-defasering i det frastødende Fermi polaron.

Disse hidtil ukendte resultater giver stærke beviser for, at mange-legeme-defasering er fundamental for kvasipartiklernes natur.

Undersøgelsen blev ledet af School of Physics and Astronomy, Monash University, med medforfattere fra Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche i Firenze, Italien, og Ludwig-Maximilians-Universität i München, Tyskland.