Superfluidità nelle miscele di gas ultrafreddi
I movimenti atomici e molecolari aumentano con l’aumento della temperatura. Al contrario, a temperature ultrafredde, il movimento cessa quasi completamente. Gli eventi possono diventare altamente correlati. Gli atomi sembrano unirsi e perdere le loro identità individuali, comportandosi meno come particelle e più come onde di materia. Possono formare nuovi stati molto esotici di materia quantistica come superfluidi o superconduttori. Il progetto ATOMIC MIXTURES, finanziato dall’UE, ha studiato le questioni fondamentali riguardanti le miscele di gas atomici. A tali questioni si può dare migliore risposta quando le miscele sono raffreddate a temperature ultrafredde, in cui gli effetti meccanici quantistici sono dominanti. Gli scienziati hanno studiato le interazioni in questi sistemi dei molti corpi quantistici altamente correlati con una particolare enfasi sulle fasi di superfluidi e supersolidi. I ricercatori hanno studiato miscele Fermi-Fermi e Bose-Bose. Hanno inoltre studiato miscele atomo leggero-atomo pesante e gas di molecole etero nucleari (con diversi tipi di atomi, al contrario, ad esempio, dell’idrogeno molecolare, H2). Una delle caratteristiche che differenziano i gas è il loro stato fondamentale o stato di energia più bassa e il diagramma di fase dello stato fondamentale ha fornito importanti informazioni. Il diagramma di fase dello stato fondamentale dei gas di Fermi uniformi con accoppiamento spin-orbita ha mostrato che l’accoppiamento spin-orbita può dare origine a fasi di superfluidi esotici con potenziale importanza per il calcolo quantistico insensibile ai guasti. Uno dei risultati più significativi ha mostrato che, quando l’interazione più vicina diventa abbastanza forte, la fase di super solido diventa maggiore del solito. Le previsioni sono state recentemente confermate con simulazioni Monte Carlo quantistiche numericamente esatte, aprendo la strada all’ottenimento di una fase supersolida per la prima volta. Gli studi del diagramma di fase dello stato fondamentale dei gas di due specie con particelle accoppiate hanno dimostrato una fase di superfluido con modifiche esotiche mai viste prima. Infine, il lavoro sui superfluidi con fermioni ultrafreddi in presenza di campi magnetici ha fornito nuove conoscenze in materia di transizioni di fase dei superfluidi. I progressi sono stati eccezionali e hanno portato a 18 pubblicazioni in riviste specializzate ad alto impatto oltre a due pubblicazioni nelle riviste delle università coordinatrici. Recentemente, i gas ultrafreddi sono stati oggetto di un’esplosiva attività di ricerca come banco di prova ideale per i fenomeni quantistici. ATOMIC MIXTURES ha apportato un importante contributo a un campo che apre nuove porte sul mondo.
Parole chiave
Superfluidità, temperature ultrafredde, materia quantistica, gas atomici, Fermi, Bose
