Zimne atomy i ich interakcje
Ultrazimne gazy kwantowe unoszą się w temperaturach zbliżonych do zera w skali Kelvina (-273 stopni Celsjusza), zwanego również zerem absolutnym, ponieważ do niedawna sądzono, że jest to najniższa możliwa temperatura we wszechświecie. W temperaturze zera absolutnego cząsteczki zupełnie przestają się poruszać, a wszelki nieład zanika. System te stał się urodzajnym gruntem dla badań nad kwantowymi systemami wielociałowymi, proponując nowy wgląd w naturę wszechświata. Naukowcy przyjrzeli się schłodzonym laserowo, wysoce wzbudzonym atomom (atomom Rydberga), aby zbadać interakcje międzycząsteczkowe w ramach finansowanego przez UE projektu "Strongly correlated dipolar quantum gases with tuneable interactions in one-dimensional traps" (1DDIPOLARGAS). Plazma to najpowszechniejsze stadium materii we wszechświecie. Są to zjonizowane atomy — przeważnie jony i wolne elektrony. Choć zwykle powstają w bardzo wysokich temperaturach, obecnie sprawdza się fotojonizacja schłodzonych laserowo chmur atomowych, produkująca plazmy zbliżone do tych występujących w bardzo gęstych obiektach, takich jak rdzeń Jowisza. Pozwala to zajrzeć w głąb Wszechświata z zacisza laboratorium. Zespół projektu odkrył nową metodę produkcji ultrazimnej plazmy, która przezwycięży obecne ograniczenia związane z najniższymi osiągalnymi temperaturami. Być może pozwoli ona lepiej zrozumieć fizykę gazowych gigantów. Naukowcy zbadali także tworzenie się systemów skorelowanych agregatów Rydberga złożonych z wielu atomów Rydberga. Stosując metody statystyczne przejęte z fizyki fazy skondensowanej, zaproponowali nowe spojrzenie na mechanizm powstawania i przedstawili nowy sposób na badanie tego typu systemów. Dzięki dodatkowym pracom zgłębiono zjawisko przezroczystości indukowanej elektromagnetycznie (EIT), efektu interferencji kwantowej w ograniczonym świetle. Naukowcy rozszerzyli opis interakcji między atomami a światłem. Opracowali także modelowy system oparty na EIT do bezpośredniej obserwacji transportu energii istotnego w systemach fotosyntetycznych o bezpośrednim zastosowaniu do zrozumienia wydajności fotowoltaiki wykorzystującej światło. Dalsze przełomowe wyniki projektu otworzą drogę do badań nad przejściem z reżimów klasycznych na kwantowe w sposób ściśle kontrolowany. Badania wykorzystujące ultrazimne gazy w czasie projektu 1DDIPOLARGAS poprawiły użyteczność tych systemów zarówno w kontekście badań podstawowych, jak i stosowanych. Od fundamentalnej natury wszechświata po fotowoltaikę stosowaną, wyniki badania odbiją się szerokim echem wśród społeczności naukowej.
Słowa kluczowe
Gazy, kwantowy, ultrazimny, Rydberg, plazmy, skorelowany, przezroczystość indukowana elektromagnetycznie, EIT