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Dynamics and Thermodynamics of Ultradilute Liquids

Projektbeschreibung

Flüssigkeitströpfchen, Polaronen und ultrakalte bosonische Mischungen: Dynamik und Thermodynamik

Untersuchungen an ultrakalten, verdünnten Mischungen aus zwei bosonischen Ensembles haben entscheidend zum Verständnis der Physik von Quanten-Vielteilchensystemen beigetragen, von Neutronensternen bis hin zu Supraleitern. Im Jahr 2017 haben Wissenschaftsteams einen neuen Aggregatzustand geschaffen, der in diesen Systemen auftritt: flüssige Tröpfchen, die aus kleinen Atomclustern bestehen. Diese Quantenflüssigkeitströpfchen sind viel verdünnter und kälter als jede andere Flüssigkeit. In Gemischen, in denen die Anzahl der Atome einer Komponente die der anderen weit übersteigt, bilden die Minderheitsatome Bose-Polaronen. Mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen werden im Rahmen des Projekts UltraLiquid die theoretischen Grundlagen für eine einheitliche Beschreibung der Dynamik und Thermodynamik von Tröpfchen, Polaronen und bosonischen Mischungen geschaffen.

Ziel

"Quantum mixtures dominate the physics of helium liquids, neutron stars, nuclear matter, quark-gluon plasma, quantum magnets and superconductors, but these systems are so dense that their complete
understanding remains a distant goal. Ultracold quantum mixtures of two bosonic gases constitute an ideally-tunable platform which allows for a complete control over interactions, temperature, and dimensionality, an in-depth understanding of the physics at stake, and the exploration of radically new phenomena. In state-of-the-art experiments on these mixtures, small clusters of atoms (1000-10000) were shown to become self-bound and highly-incompressible, due to the balance of attractive and repulsive forces. First observed in 2017, these liquid droplets constitute a new state of matter, much denser than quantum gases, but orders of magnitude more dilute and colder than any other liquid in Nature. A key property of these systems is that mean-field interactions are tuned to be overall weakly-attractive, so
that the stabilization mechanism which leads to droplet formation is provided only by quantum fluctuations. In mixtures where atoms of one component largely outnumber the others, the minority atoms become dressed by majority collective excitations forming Bose polarons, first observed in 2016. When polarons are immersed in a weakly-interacting bath, a controlled theoretical approach is possible even
when polaron-bath interactions are strong. Droplets and polarons constitute, respectively, the balanced and the highly-imbalanced limits of quantum mixtures, and the ""UltraLiquid"" project will lay theoretical firm ground for the unified description of their dynamics and thermodynamics, which will direct future experiments, and in close collaboration with our
team. These systems allow for far-reaching investigations of quantum many-body effects and high-resolution measurements inconceivable so far. These promise innovative applications in quantum metrology and quantum sensing."

Koordinator

UNIVERSITAT POLITECNICA DE CATALUNYA
Netto-EU-Beitrag
€ 158 121,60
Adresse
CALLE JORDI GIRONA 31
08034 Barcelona
Spanien

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Region
Este Cataluña Barcelona
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
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Gesamtkosten
€ 158 121,60