Nowe możliwości gazów kwantowych
Większość materii istnieje w trzech stanach skupienia: stałym, ciekłym lub gazowym. Czwarty stan skupienia, czyli plazma, występuje w niektórych środowiskach o dużej energii, takich jak ogień lub jądro gwiazdy. Piąty stan skupienia nazywany kondensatem Bosego-Einsteina jest związany z najniższym możliwym stanem energii, który można osiągnąć przy temperaturze zbliżonej do zera bezwzględnego. Mimo że nie wszystkie atomy przechodzą w stan kondensatu Bosego-Einsteina, zmierzając do najniższej temperatury we wszechświecie, atomy ultrazimne znajdują się pod wpływem skondensowanego reżimu degeneracji kwantowej. Wszystkie atomy zmierzają do uzyskania takiego samego (najniższego) stanu energii. Zjawisko degeneracji kwantowej zostało potwierdzone tylko dla niewielkiej liczby pierwiastków, w tym kilku metali alkalicznych i iterbu. Wytworzenie takich warunków daje dostęp do fundamentalnych problemów związanych z fizyką, przetwarzaniem informacji kwantowych i optyką kwantową. Naukowcy uczestniczący w finansowanym ze środków UE projekcie YTTERBIUMSPINLATTICE opracowali ważne techniki ułatwiające rozszerzenie zakresu badań nad trudnymi zjawiskami dzięki eksperymentom z ultrazimnymi atomami. Eksperymentalna konfiguracja, która umożliwia generowanie potencjałów optycznych oraz optyczne zatrzymywanie i chłodzenie dowolnego stabilnego izotopu iterbu, otwiera drogę do wielu nowych eksperymentów, które są niemożliwe do przeprowadzenia w przypadku atomów alkalicznych. Nowe podejście ułatwia wzbudzanie atomów do określonych stanów spinu jądra oraz kontrolowanie tych stanów i mierzenie ich. Ze względu na fakt, że wiele podstawowych właściwości iterbu nie zostało dobrze opisanych, naukowcy rozpoczęli badanie niektórych z nich. Eksperymenty z gazem kwantowym iterbu pozwoliły po raz pierwszy zaobserwować jedną z jego ważnych właściwości (energię interakcji ze zmianą spinu). Zmierzona wartość okazała się znacznie wyższa niż oczekiwana — tak wysoka, że wymagane są dalsze badania nad określeniem wpływu tych informacji na strategie eksperymentalne. Udało się bezpośrednio zaobserwować proces zamiany, co otwiera drogę do eksperymentalnych symulacji kwantowych modeli kondensatu materii w oparciu o interakcje orbitalne. Jednym z eksperymentów jest ten pierwotnie planowany w propozycji. Takie badania były dotychczas niedostępne w przypadku ultrazimnych atomów pierwiastków alkalicznych. W związku z tym projekt YTTERBIUMSPINLATTICE oddaje potężne narzędzie w ręce naukowców zajmujących się gazami ultrazimnymi. Pozwoli to rzucić nowe światło na nierozwiązane fundamentalne problemy w fizyce, a także umożliwi opracowywanie nowatorskich urządzeń kwantowych.
Słowa kluczowe
Gazy kwantowe, atomy ultrazimne, degeneracja kwantowa, iterb, potencjały optyczne, interakcja ze zmianą spinów
