Nadciekłość w ultrazimnych mieszaninach gazowych
Ruch atomów i cząsteczek wzrasta wraz ze zwiększaniem się temperatury. Analogicznie, w ultraniskich temperaturach ruch ten niemal ustaje. W takich warunkach zdarzenia mogą być silnie skorelowane. Atomy wydają się łączyć ze sobą i tracić indywidualną tożsamość, zachowując się mniej jak cząstki, a bardziej jak fale materii. Mogą one formować bardzo egzotyczne nowe stany materii kwantowej, takie jak nadciecze czy nadprzewodniki. W ramach finansowanego ze środków UE projektu ATOMIC MIXTURES badano podstawowe pytania dotyczące mieszanin gazów atomowych. Odpowiedzi na nie najlepiej szukać, badając mieszaniny schłodzone do bardzo niskich temperatur, w których dominują zjawiska mechaniki kwantowej. Uczeni badali oddziaływania w tych silnie skorelowanych kwantowych układach wielociałowych, kładąc szczególny nacisk na nadciecze i nadpłynne kryształy. Uczeni badali mieszaniny Fermiego-Fermiego oraz mieszaniny Bosego-Bosego. Przedmiotem badań były także mieszaniny atomów i ciężkich atomów oraz gazy złożone z cząsteczek heterojądrowych (posiadających więcej niż jeden rodzaj atomu, w przeciwieństwie np. do molekularnego wodoru, H2). Jedną z cech odróżniających gazy jest stan podstawowy (stan najniższej energii), a wykres stanu podstawowego dostarczył badaczom ważnych informacji. Wykres stanu podstawowego spinowo-orbitalnych sprzężonych gazów Fermiego pokazał, że sprzężenie spinowo-orbitalne może dawać początek fazom nadciekłym o potencjalnym znaczeniu dla bezawaryjnych komputerów kwantowych. Według jednego z najważniejszych wyników badania, w miarę jak oddziaływanie z najbliższym sąsiadem stanie się wystarczająco silne, faza nadpłynnego kryształu staje się większa niż zwykle. Przewidywania te potwierdzono ostatnio przy pomocy numerycznie dokładnych symulacji kwantowych metodą Monte Carlo, co wskazuje na obiecujący kierunek umożliwiający uzyskanie po raz pierwszy fazy nadpłynnego kryształu. Badania wykresu stanu podstawowego dwóch rodzajów gazów ze sparowanymi cząstkami wykazały istnienie nigdy wcześniej nie zaobserwowanej egzotycznej skręconej fazy nadciekłej. Prace nad ultrazimnymi nadcieczami fermionów w obecności pola magnetycznego dostarczyły nowych informacji na temat przejścia fazowego nadcieczy. Postępy w badaniach były imponujące, a ich owocem jest 18 publikacji w renomowanych czasopismach naukowych oraz dwie publikacje w magazynach uniwersyteckich. Ostatnio ultrazimne gazy są przedmiotem bardzo wielu badań jako idealne narzędzie do poznawania zjawisk kwantowych. Projekt ATOMIC MIXTURES wniósł ważny wkład w dziedzinę, która pozwoli spojrzeć na nasz świat z zupełnie odmiennej perspektywy.
Słowa kluczowe
Nadciekłość, ultrazimne temperatury, materia kwantowa, gazy atomowe, Fermiego, Bosego
