Description du projet
Un nouveau simulateur quantique atomique pourrait donner vie aux prévisions théoriques
Depuis la découverte de la supraconductivité en 1911, des études théoriques et expérimentales pionnières ont levé le voile sur les règles non classiques régissant le monde quantique. Au même titre que cette première découverte, de nombreux phénomènes trouvent leur origine dans le comportement collectif de systèmes comportant de nombreux composants subatomiques (systèmes à corps multiples) présentant des effets quantiques macroscopiques. Le comportement collectif de groupes composés de deux ou plusieurs «corps» peut s’avérer très différent de celui de particules individuelles, et les interactions sous-jacentes peuvent se produire à des distances (relativement) grandes. Cela vaut souvent pour ce qu’on appelle les systèmes fermioniques à corps multiples, et les gaz quantiques atomiques ultrafroids offrent une occasion unique de réaliser une simulation quantique de ces systèmes. Le projet CriLiN, financé par l’UE, s’attacher à développer un nouveau simulateur quantique atomique qui pourrait permettre, pour la première fois, la démonstration expérimentale de descriptions théoriques importantes.
Objectif
Ultracold atomic gases have emerged as ideal quantum simulators, as they enable experimentalists to study the interplay between the properties of a quantum many-body system and the interactions between its constituents with unmatched accuracy. However, in spite of impressive progresses, an atomic quantum simulator of highly correlated fermionic matter, able to address both phenomena of exotic superfluidity and itinerant ferromagnetism, still awaits experimental demonstration. Such a system needs to be built from the ground-up by carefully harnessing the underlying few-body physics.
In CriLiN I will develop and test a new kind of Atomic Quantum Simulator of unequal-mass spin-1/2 fermions with long-range, multi-body resonant interactions. In order to do so, I will exploit the still unexplored 6Li-53Cr Fermi-Fermi mixture which, thanks to its special mass ratio of M/m=8.8 exhibits unique few-body properties that strongly favour the many-body phases of our interest. Indeed, on the “molecular side” of an interspecies s-wave Feshbach resonance, the Cr-Li system supports a real (virtual) stable universal trimer (tetramer) state, while benefiting from quantum-interference induced suppression of three-body recombination processes. At the few-body level, this will allow for the first time to resonantly tune multi-body, long-range p-wave interactions. At the many-body level, this will allow both to investigate Stoner's model of itinerant ferromagnetism and to greatly enhance the possibility to attain elusive superfluid regimes or topologically non-trivial p-wave superfluids.
In CriLiN I will: (i) realize a degenerate 6Li-53Cr Fermi-Fermi mixture and
identify intra- and inter-species Feshbach resonances suitable for our
simulator; (ii) unveil and characterize stable cluster states and exploit them
to resonantly tune three- and four-body elastic interactions; (iii) demonstrate the
suppression of inelastic pairing processes in repulsively interacting mixtures.
Champ scientifique
Programme(s)
Régime de financement
MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)Coordinateur
00185 Roma
Italie