Fysikere sporer, hvordan kontinuerlige ændringer i dimensionalitet påvirker en supervæskes kollektive egenskaber

Fysikere har med succes overvåget, hvordan de kollektive egenskaber af en superfluid ændres, efterhånden som dens dimensionalitet konstant ændres. Denne banebrydende forskning, rapporteret i tidsskriftet Nature, giver ny indsigt i stoffets kvanteadfærd og lover udviklingen af ​​næste generations kvanteteknologier.

En superfluid er en unik stoftilstand, der udviser bemærkelsesværdige egenskaber, såsom friktionsfri strømning og evnen til at transportere varme og elektriske strømme uden modstand. Disse egenskaber stammer fra det faktum, at superfluider mangler viskositet og har lang rækkefølge, hvilket betyder, at deres atomer er stærkt korrelerede over store afstande.

I denne undersøgelse fokuserede holdet af fysikere på en type superfluid kendt som et Bose-Einstein-kondensat (BEC), som dannes, når en gas af ekstremt kolde atomer afkøles til under en kritisk temperatur. Forskerne begrænsede BEC til et cigarformet område og brugte en kombination af magnetiske felter og laserstråler til løbende at ændre systemets dimensionalitet.

Ved gradvist at reducere dimensionaliteten af ​​BEC fra tre dimensioner til to dimensioner og derefter til én dimension, observerede fysikerne en række dramatiske ændringer i dets kollektive egenskaber. I tre dimensioner udviste BEC en konventionel superfluid adfærd, karakteriseret ved lang rækkefølge og sammenhæng. Men da dimensionaliteten blev reduceret, gennemgik superfluiden en række faseovergange, hvilket resulterede i dannelsen af ​​forskellige typer ordnede tilstande.

I to dimensioner dannede BEC en kvasi-langrækkende ordnet tilstand, hvor korrelationerne mellem atomer stadig var signifikante, men ikke længere strakte sig over uendelige afstande. Yderligere reduktion af dimensionaliteten til én dimension førte til en fuldstændig nedbrydning af superfluidadfærden, da atomerne blev lokaliserede og mistede deres langrækkende sammenhæng.

Denne banebrydende undersøgelse giver en omfattende forståelse af, hvordan en superfluids kollektive egenskaber udvikler sig, efterhånden som dens dimensionalitet ændres løbende. Resultaterne uddyber ikke kun vores grundlæggende forståelse af kvantestof, men baner også vejen for realiseringen af ​​nye kvantetilstande og -anordninger. Disse resultater kan have vidtrækkende konsekvenser for kvanteinformationsbehandling, præcisionsmålinger og udviklingen af ​​fremtidige kvanteteknologier.