Condensare verso zero Kelvin
I condensati di Bose-Einstein (BEC) che si formano a temperature vicine al più freddo possibile nell’Universo (Kelvin assoluto) sono manifestazioni di un effetto quantico su una macro scala e costituiscono un banco di prova per il mondo quantico. Quando non si trovano in questo stato fondamentale di equilibrio, ma vicini ad esso a una temperatura finita, il sistema comprende materia condensata e non. Questi sistemi presentano dinamiche complesse dipendenti dalle fluttuazioni dello stato quantico intorno allo stato fondamentale condensato. Gli scienziati hanno cercato di raggiungere una comprensione più profonda di questo fenomeno tramite il finanziamento dell’UE del progetto NUM2BEC (“Number conserving approaches to Bose-Einstein condensates”). Queste conoscenze più avanzate mostrerranno la via per lo sviluppo di interferometri precisi non lineari (che sfruttano l’interferenza dell’onda per le misure di distanza) con una migliore sensibilità sperimentale. Anche se ci sono descrizioni matematiche radicate di BEC a temperatura zero, la descrizione di BEC a temperatura finita rimane un problema teorico difficile. Questo è vero in particolare alle basse temperature alle quali le particelle vengono spinte al di fuori del condensato (impoverimento quantico del condensato) a causa di forze esterne. Il team ha sviluppato equazioni di moto che descrivono le dinamiche accoppiate delle frazioni condensate e non condensate idealmente adatte a questi sistemi. Inoltre hanno mostrato che le caratteristiche qualitative delle dinamiche del sistema rimangono invariate a temperatura finita rispetto a temperatura zero. Questi risultati sono stati pubblicati. Gli scienziati hanno sviluppato anche modelli di condensati multi componenti (n componenti) che consistono in diversi stati, isotopi e specie atomiche. Di nuovo, separando gli operatori di campo in quelli per condensati e non condensati per ogni componente, i ricercatori sono riusciti a creare equazioni dinamiche coerenti che governano il comportamento di ogni componente. Il lavoro è stato particolarmente difficile e ha portato a tre pubblicazioni su riviste scientifiche sottoposte a revisione paritaria. Gli algoritmi NUM2BEC che descrivono comportamenti complessi di BEC non in equilibrio a temperature finite hanno fornito importanti informazioni che dovrebbero aiutare i ricercatori a controllare meglio questi sistemi. Il controllo è la chiave per esperimenti migliori e risultati interpretabili. Basandosi sui risultati di cui sopra, la ricerca adesso si sta occupando di sviluppare concetti per interferometri non lineari e gli obiettivi sono a portata di mano.