Skip to main content

Ultracold Bose-Fermi Mixtures of Metastable Helium

Article Category

Article available in the folowing languages:

Lepsze zrozumienie zachowania ultrazimnych gazów

Finansowani przez UE naukowcy dokonali przełomowych postępów, wprowadzając innowacyjną technologię i eksperymenty w zakresie zachowania ultrazimnych gazów.

Energia

Poszczególne elektrony pierwiastków atomowych zwykle mogą mieć tylko określone poziomy energii zwane kwantowo-mechanicznymi. Jednak w bardzo niskiej temperaturze (bliskiej zera absolutnego, przy której nastąpiłoby zatrzymanie wszelkiego ruchu molekularnego) atomy kilku pierwiastków (gazy bozonów) wykazują jedynie najniższy stan energii kwantowej, proces zwany kondensacją Bosego-Einsteina. Te ultrazimne atomy bozonowe (teraz jako kondensat Bosego-Einsteina lub BEC) są nierozpoznawalne i tworzą pojedyncze pole kwantowo-mechaniczne. Tak zwane atomy fermioniczne nie mogą współegzystować w tym samym stanie energii kwantowej (rządzi nimi reguła Pauliego). Tu dwie główne klasy wszystkich cząsteczek we wszechświecie, bozonów i fermionów, rozróżniane są na podstawie ich względnego spinu lub momentu pędu. Hel zawiera izotopy zarówno stabilne bozonowe, jak i stabilne fermioniczne, które mogą być chłodzone do tak zwanej degeneracji kwantowej w metastabilnym stanie wzbudzenia. Dodatkowo eksperymenty ukazały podobieństwa między ultrazimnymi atomami bozonowymi i fotonami światła. W rzeczywistości, kiedy schłodzony gaz, niezależnie czy bozonowy, czy fermioniczny, osiąga stan degeneracji kwantowej, jego poszczególne atomy przestają zachowywać się jak cząstki punktowe i zamiast tego zachowują się jak fale. Ultrazimny hel metastabilny jest w związku z tym doskonałym systemem do badania zjawiska przekrywania pośród pól ultrazimnych gazów atomowych, optyki kwantowej i materii skondensowanej. Europejscy naukowcy wspierani finansowaniem projektu "Ultrazimne mieszaniny bozonowo-fermionowe helu metastabilnego" (Bosefermihe) skupili się na wykrywaniu i badaniu pojedynczych atomów ultrazimnego helu metastabilnego w celu dalszej oceny degeneracji kwantowej. Badacze zmodyfikowali poprzednie struktury i przeprowadzili eksperymenty ukazujące zaskakującą dystrybucję względnego pędu par atomów. Zespół projektowy Bosefermihe opracował także pierwszą na świecie pułapkę laserową dla metastabilnego helu używaną do chłodzenia atomów do stanu degeneracji kwantowej niezależnie od ich spinu. Przy użyciu tej technologii badacze zdolni byli do dokonania pierwszych obliczeń strat zależnych od spinu dla metastabilnego helu. Innowacyjne postępy technologiczne i liczne eksperymenty w zakresie atomów ultrazimnego helu metastabilnego pozwoliły na poczynienie ważnych obserwacji i publikacji wyników w odniesieniu do zdegenerowanych gazów kwantowych. Dzięki temu UE zyskuje pozycję lidera w niezwykle konkurencyjnej dziedzinie o wielkim potencjale dla przyszłych zastosowań w zakresie zegarów atomowych i nadprzewodnictwa.

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania