Kondensacja ku zeru bezwzględnemu
Kondensaty Bosego-Einsteina (KBE) powstają w temperaturach zbliżonych do najniższej temperatury możliwej we Wszechświecie, czyli zera bezwzględnego. Efekty kwantowe stają się w nich widoczne w skali makroskopowej, umożliwiając testowanie właściwości świata kwantowego. Gdy układ nie osiągnął jeszcze tego podstawowego stanu równowagi, lecz jest utrzymywany blisko niego w temperaturze skończonej, zawiera on częściowo materię skondensowaną, a częściowo nieskondensowaną. Dynamika takich układów jest złożona i zależy od fluktuacji stanu kwantowego wokół skondensowanego stanu podstawowego. Wykorzystując dofinansowanie UE dla projektu "Number conserving approaches to Bose-Einstein condensates" (NUM2BEC), naukowcy zajęli się dokładniejszym poznaniem tego zjawiska. Poszerzenie dostępnej wiedzy wskaże kierunki prac umożliwiających stworzenie precyzyjnych interferometrów nieliniowych, w których do pomiarów wykorzystywane jest zjawisko interferencji fal. Takie przyrządy pozwolą zwiększyć czułość w doświadczeniach. O ile istnieją ugruntowane opisy matematyczne KBE w temperaturze zera bezwzględnego, opisanie KBE w temperaturze skończonej pozostaje trudnym problemem teoretycznym. Dotyczy to w szczególności bardzo niskich temperatur, w których cząsteczki są wypychane z kondensatu w wyniku działania bodźców zewnętrznych — jest to zjawisko zubożenia kwantowego kondensatu. Specjalnie do takich układów badacze stworzyli równania ruchu opisujące sprzężoną dynamikę frakcji skondensowanej i nieskondensowanej. Ponadto wykazano, że cechy jakościowe dynamiki układu są takie same w temperaturze skończonej, jak w temperaturze zera bezwzględnego. Uzyskane wyniki zostały opublikowane. Naukowcy opracowali też modele wieloskładnikowych (n-składnikowych) kondensatów obejmujących różne stany, izotopy lub jednostki atomowe. Stosując odrębne operatory pola dla frakcji skondensowanej i nieskondensowanej każdego ze składników, badacze pomyślnie stworzyli wewnętrznie spójne równania dynamiczne opisujące zachowania poszczególnych składników. Wykonane prace były szczególnie trudne i zaowocowały trzema publikacjami w czasopismach naukowych. Algorytmy projektu NUM2BEC opisujące złożone zachowania niezrównoważonych KBE w temperaturach skończonych dostarczyły ważnej wiedzy, która powinna pomóc badaczom w lepszym kontrolowaniu takich układów. Kontrola stanowi klucz do przeprowadzania lepszych eksperymentów i trafnego interpretowania wyników. Rozwijając dotychczasowe osiągnięcia, badacze zajęli się koncepcjami niezbędnymi do stworzenia interferometrów nieliniowych, a osiągnięcie wyznaczonych celów wydaje się realne.
Słowa kluczowe
Kondensaty Bosego-Einsteina, zero bezwzględne, temperatura skończona, interferometry nieliniowe, zubożenie kwantowe