Hvordan komplekse svingninger i et kvantesystem forenkler med tiden

Kvantefysik gør det muligt at komme med udsagn om opførsel af en lang række mange-partikelsystemer på atomniveau, fra saltkrystaller til neutronstjerner. I kvantesystemer, mange parametre har ikke konkrete værdier, men er fordelt over forskellige værdier med visse sandsynligheder. Ofte har denne fordeling form af en simpel Gaussisk klokkekurve, der også findes i klassiske systemer, for eksempel fordelingen af ​​bolde i Galton-bokseksperimentet. Imidlertid, ikke alle kvantesystemer følger denne simple adfærd, og nogle kan afvige fra den Gaussiske fordeling på grund af interaktioner.

Prof. Dr. Jens Eisert, som leder en fælles forskningsgruppe om teoretisk fysik ved Freie Universität Berlin og Helmholtz-Zentrum Berlin, hævder, at når først interaktioner er reduceret, henfalder sådanne afvigelser over tid og bliver Gaussisk distribueret. Nu har han været i stand til at underbygge denne formodning eksperimentelt.

At gøre dette, Berlin-teamet arbejdede sammen med en gruppe eksperimentelle fysikere ledet af prof. Dr. Jörg Schmiedmayer ved Wiens teknologiske universitet. Schmiedmayer og medlemmer af hans gruppe, især Dr. Thomas Schweigler, fremstillet et såkaldt Bose-Einstein-kondensat:dette er et kvantesystem bestående af flere tusinde rubidium-atomer, som blev indespærret i en kvasi-endimensional konfiguration ved hjælp af magnetiske felter og afkølet nær det absolutte nulpunkt (50 nanokelvin).

"Wien-gruppen skabte et syntetisk kvantesystem, hvor fordelingen af ​​fononerne kan observeres særligt skarpt, " forklarer Dr. Marek Gluza, medforfatter på studiet og postdoc med Jens Eisert. Måledataene repræsenterer oprindeligt fononernes komplekse dynamik. Men kompleksiteten går tabt over tid, og fordelingen tager form af en gaussisk klokkekurve.

"Faktisk, vi kan her se, hvordan en gaussisk fordeling opstår over tid. Naturen finder en enkel løsning, helt af sig selv, gennem dets fysiske love, " kommenterer Jens Eisert.

Det unikke ved det udførte eksperiment er, at som tiden går, svinger systemet tilbage til den mere komplekse fordeling, demonstrerer, at signaturerne for en kompliceret tilstand kan hentes igen. "Vi ved præcis, hvorfor det svinger tilbage, og hvad det afhænger af, Gluza forklarer. "Dette viser os noget om systemets isolation, fordi informationen om signaturerne aldrig har forladt systemet."