Kwantowe symulacje ultrazimnych atomów
Obecność domieszek to jeden z najbardziej interesujących i podstawowych problemów w fizyce układów wielociałowych. W ciałach stałych dobrze zbadanym przypadkiem jest domieszka sprzężona z drganiami sieci krystalicznej. Domieszkowanie i towarzyszące mu odkształcenie sieci powoduje powstanie nowej kwazicząstki, zwanej polaronem. Odgrywa ona istotną rolę w gęstości spektralnej nadprzewodników oraz wysokiej magnetorezystancji manganitów. Badania przeprowadzone w ramach finansowanego ze środków UE projektu "Interactions between polarons in polarized Fermi gases" (INTERPOL) dotyczyły ruchomych domieszek tworzących polarony Fermiego. Oddziaływania polaronów są wciąż przedmiotem dyskusji jako powiązane z dwoma innymi problemami fizyki kwantowych układów wielociałowych: kondensatów Bosego-Einsteina oraz nadcieczy Bardeena–Coopera–Schrieffera. Naukowcy biorący udział w projekcie INTERPOL zbadali właściwości domieszek przechodzących przez oddziałujący gaz Fermiego. Gaz Fermiego zawiera duże ilości fermionów o tym samym spinie. Po dodaniu atomów o przeciwnym spinie do takiego idealnego gazu Fermiego zaczynały one oddziaływać z fermionami, czego wynikiem jest powstanie oddziałującego gazu Fermiego. Symulacje numeryczne wykazały, że obecność domieszek powoduje także zmianę rozkładu gęstości w otaczającym gazie Fermiego w sposób sferycznie symetryczny. Obserwacja ta skłoniła naukowców do uznania, że polarony są przestrzennie rozciągniętymi kwazicząstkami. Sugeruje to też długofalowe oddziaływania między polaronami. Na granicy, w której oddziaływania między domieszkami i fermionami były słabe, naukowcy posłużyli się metodami matematycznymi teorii perturbacyjnej. Umożliwiło to uzyskanie wyrażeń analitycznych dotyczących energii i masy efektywnej przemieszczających się polaronów. Wyniki tych prac posłużą za punkt wyjścia do uogólnienia podejścia zastosowanego do przemieszczających się i ostatecznie zderzających ze sobą, domieszek. Aby sprawdzić ich poprawność, przeprowadzone zostaną doświadczenia, w których kwazimonochromatyczne wiązki polaronów Fermiego będą tworzone i badane przy pomocy spektrometrii radiowej. Wyniki analiz teoretycznych porównanych z doświadczeniami powinny mieć zastosowanie do nadprzewodników i magnesów, umożliwiając uczonym odpowiedź na podstawowe pytania z zakresu fizyki kwantowej.
