Udforskning af eksotisk adfærd i populations-ubalancerede fermioniske systemer

I løbet af de sidste 20 år har mange fysikere studeret ultrakolde fermioniske systemer indeholdt i magnetiske eller optiske fælder. Når et eksternt magnetfelt påføres et fermionisk system af to arter, kan partiklerne parre sig sammen for at danne sammensatte "bosoniske molekyler" med et helt heltals spin.

Disse molekyler gennemgår Bose-Einstein-kondensering, når de afkøles, hvor alle partiklerne akkumuleres i den laveste energikvantetilstand. Præcisionen af ​​disse eksperimenter er nu blevet forbedret ved at fange partiklerne inde i optiske gitter:periodiske mønstre dannet af mod-udbredende laserstråler.

Gennem forskning offentliggjort i The European Physical Journal B , Avinaba Mukherjee og Raka Dasgupta ved University of Calcutta, Indien, har teoretisk forudsagt en markant tendens i oscillationerne af Bose-Einstein-kondensater dannet af disse fermioner, som kan justeres ved hjælp af et eksternt magnetfelt.

De henvendte sig specifikt til systemer, hvor de to arter har ulige populationer (skaber resterende uparrede fermioner), hvilket fører til eksotiske nye faser. Deres resultat kunne hjælpe fysikere med at opdage sådanne nye faser af stof i ubalancerede fermioniske systemer og kunne åbne op for nye muligheder for kvanteteknologier.

I deres arbejde undersøgte Mukherjee og Dasgupta, hvordan et sådant system ville opføre sig, når de anvendte en teknik, der ofte bruges til at manipulere og kontrollere ultrakolde atomgasser. Den kaldes Feshbach-detuning og involverer justering af den energi, der kræves til dannelse af bosoniske molekyler, ved hjælp af et eksternt magnetfelt.

Forskerne opdagede, at når Feshbach-detuning er over en vis tærskel, vil andelen af ​​Bose-kondenserede partikler oscillere periodisk - men under denne tærskel er der ingen svingning overhovedet. Alt i alt afslørede dette et lineært forhold mellem oscillationsfrekvensen og styrken af ​​Feshbach-afstemning, de anvendte.

Derudover fandt duoen ud af, at hældningen og positionen af ​​denne kurve bar vigtig information om, hvilken eksotisk fase af stof der kunne findes i systemet. Deres resultat kan i sidste ende føre til opdagelser af avancerede nye fysiske egenskaber i disse systemer, som kunne udnyttes på tværs af en bred vifte af kvanteteknologier.

Flere oplysninger: Avinaba Mukherjee et al., Periodisk dynamik af populations-ubalancerede fermioniske kondensater i optiske gitter, The European Physical Journal B (2024). DOI:10.1140/epjb/s10051-024-00649-9

Leveret af SciencePOD