Temperaturudvikling af urenheder i en kvantegas

En ny, Monash-ledet teoretisk undersøgelse fremmer vores forståelse af dens rolle i termodynamik i kvanteurenhedsproblemet.

Kvanteurenhedsteori studerer adfærden af ​​bevidst indførte atomer (dvs. "urenheder"), der opfører sig som særligt "rene" kvasipartikler i en atomisk baggrundsgas, muliggør en kontrollerbar 'perfekt testbed' undersøgelse af kvantekorrelationer.

Undersøgelsen udvider kvanteurenhedsteorien, som er af væsentlig interesse for kvantestofforskningssamfundet, ind i en ny dimension - den termiske effekt.

"Vi har opdaget en generel sammenhæng mellem to forskellige eksperimentelle protokoller, nemlig ejektions- og injektionsradiofrekvensspektroskopi, hvor før vores arbejde intet sådant forhold var kendt." forklarer hovedforfatter Dr. Weizhe Liu (Monash University School of Physics and Astronomy).

Kvante urenhedsteori

Kvanteurenhedsteori studerer virkningerne af at indføre atomer af et grundstof (dvs. 'urenheder') til en ultrakold atomgas af et andet grundstof.

For eksempel, et lille antal kaliumatomer kan indføres i en 'baggrund' kvantegas af lithiumatomer.

De indførte urenheder (i dette tilfælde, kaliumatomerne) opfører sig som en særlig 'ren' kvasipartikel i atomgassen.

Interaktioner mellem de indførte urenhedsatomer og baggrundsatomgassen kan 'tunes' via et eksternt magnetfelt, tillader undersøgelse af kvante korrelationer.

I de senere år har der været en eksplosion af undersøgelser om emnet kvanteurenheder nedsænket i forskellige baggrundsmedier, takket være deres kontrollerbare realisering i ultrakolde atomare gasser.

Modellering af 'Push' og 'Pull' med radiofrekvente impulser

"Vores undersøgelse er baseret på radiofrekvensspektroskopi, modellering af to forskellige scenarier:udstødning og indsprøjtning, " siger Dr. Weizhe Liu, der er forskningsstipendiat hos FLEET, FLÅDE arbejder i gruppen af ​​A/Prof Meera Sogn og Dr. Jesper Levinsen.

Holdet modellerede effekten af ​​radiofrekvente impulser, der ville tvinge urenhedsatomer fra en spin-tilstand til en anden, ubesat spin-tilstand.

• Under scenariet 'ejektion', radiofrekvente impulser virker på urenheder i en spin-tilstand, der interagerer stærkt med baggrundsmediet, 'skubbe' disse urenheder ind i en ikke-interagerende spin-tilstand.
• Det omvendte 'injektion'-scenarie 'trækker' urenheder fra en ikke-interagerende tilstand til en interagerende tilstand.

Disse to spektroskopier bruges almindeligvis separat, at studere karakteristiske aspekter af kvanteurenhedsproblemet.

I stedet, det nye Monash-studie viser, at ejektions- og injektionsprotokollerne undersøger den samme information.

"Vi fandt ud af, at de to scenarier - ejektion og injektion - er relateret til hinanden ved en eksponentiel funktion af den frie energiforskel mellem de interagerende og ikke-interagerende urenhedstilstande, " siger Dr. Liu.