Kwantowe struny Bethego w ultrazimnym gazie
Około stu lat temu Hans Bethe, późniejszy noblista, przewidział istnienie niezwykłych kwantowych stanów związanych, w których tworzące je cząstki wspólnie poruszają się, zderzają z podobnymi obiektami i zachowują swoją strukturę. Teraz Hanns-Christoph Nägerl z Uniwersytetu w Innsbrucku i jego zespół stworzyli mieszaninę takich obiektów zwanych strunami Bethego. Uzyskane przez nich struny składały się z co najmniej sześciu atomów.
Struny Bethego pojawiają się w jednowymiarowych układach kwantowych. Oznacza to ograniczenie swobody ruchu atomów tak, że mogą przemieszczać się praktycznie tylko wzdłuż jednej osi. Mają szczególną odporność na zderzenia, dzięki czemu kolizja dwóch strun nie musi oznaczać ich rozpadu czy połączenia się w większa strukturę.
Stworzenie gazu zawierającego wiele strun Bethego jest jednak trudne. Przyciągające się atomy mogą się zbytnio zagęszczać. Uczeni rozwiązali ten pomysł w bardzo pomysłowy sposób. Najpierw schłodzili chmurę atomów cezu do temperatury o miliardowe części kelwina wyższej niż temperatura zera bezwzględnego. Później za pomocą laserów podzielili chmurę na tysiące pułapek przypominających rurki. Na jedną rurkę przypadało do kilkudziesięciu atomów. Silne uwięzienie powodowało, że miały swobodę ruchu niemal wyłącznie wzdłuż rurki.
Następnie eksperymentatorzy manipulowali atomami za pomocą pola magnetycznego, uzyskując struny o różnych rozmiarach. Chcąc sprawdzić, czy atomy utworzyły stany związane porównali dwa etapy rozszerzania się chmury. Najpierw pozwolili gazowi rozszerzać się wzdłuż rurek. Struny poruszały się, zderzały, ale zachowały swoją strukturę. Później wyłączyli ograniczenia i atomy mogły poruszać się w trzech wymiarach. W takich warunkach struny się rozpadały.
Struny Bethego obserwowano już wcześniej w układach magnetycznych i układach nadprzewodzących kubitów. Nowością jest stworzenie w ultrazimnym gazie mieszaniny wielu strun. Co więcej, eksperyment pozwala precyzyjnie zmieniać geometrię układu, temperaturę, gęstość i siłę oddziaływań. To daje nam nowe możliwości badania, jak te obiekty kwantowe powstają i wchodzą w interakcje, mówi teoretyk Alvise Bastianello z Uniwersytetu Technicznego w Monachium.
Więcej na temat badań: Probing Bethe strings in an attractive one-dimensional Bose gas.
Komentarze (0)