Gaz quantique bidimensionnel super solide produit en laboratoire pour la première fois


Supersolide dans une nouvelle dimension

Gaz supersolide produit en pour la première fois. Image : IQOQI Innsbruck / Harald Ritsch

La quantique peut être à la fois solide et liquide – une situation connue sous le nom de solidité. Des chercheurs travaillant avec Francesca Ferlaino ont créé pour la première fois cette propriété fascinante en deux dimensions. Vous rapportez maintenant dans le journal la nature pour la réalisation de supersolidité selon deux axes d’un gaz quantique ultrafroid. L’expérience offre de nombreuses opportunités d’approfondir cet état exotique de la matière.

Les gaz quantiques sont très appropriés pour étudier les conséquences microscopiques des interactions dans la matière. Aujourd’hui, les scientifiques peuvent contrôler avec précision des particules individuelles dans des nuages ​​de gaz extrêmement refroidis en laboratoire et découvrir des phénomènes qui ne peuvent pas être observés dans la vie quotidienne. Par exemple, les atomes individuels dans un condensat de Bose-Einstein sont complètement délocalisés. Cela signifie que le même atome est présent à chaque point du condensat à chaque instant. Il y a deux ans, le groupe de recherche de Francesca Ferlaino de l’Institut de physique expérimentale de l’Université d’Innsbruck et de l’Institut d’optique quantique et d’information quantique de l’Académie autrichienne des sciences d’Innsbruck a réussi à générer des états supersolides dans des gaz quantiques ultrafroids de atomes magnétiques pour la première fois. L’interaction magnétique amène les atomes à s’organiser en gouttelettes et à s’organiser selon un motif régulier.

« Normalement, on pourrait penser que chaque atome est dans une certaine gouttelette sans pouvoir se déplacer entre eux », explique Matthew Norcia de l’équipe de Francesca Ferlaino. « Dans l’état super solide, cependant, chaque particule est délocalisée sur toutes les gouttelettes et existe simultanément dans chaque gouttelette. Donc, fondamentalement, vous avez un système avec un certain nombre de régions à haute densité (les gouttelettes) qui partagent toutes les mêmes atomes délocalisés. « Cette formation bizarre permet des effets tels qu’un écoulement régulier malgré l’ordre spatial (superfluidité).

Nouvelles dimensions, nouveaux effets à explorer

Jusqu’à présent, les états super-solides dans les gaz quantiques n’ont été observés que sous la forme d’une chaîne de gouttelettes (dans une ). « En collaboration avec les théoriciens Luis Santos de l’Université Leibniz de Hanovre et Russell Bisset à Innsbruck, nous avons maintenant étendu ce phénomène à deux dimensions, de sorte que des systèmes avec deux ou plusieurs rangées de gouttelettes soient créés », explique Matthew Norcia. Il s’agit non seulement d’une amélioration quantitative, mais aussi d’un élargissement décisif des perspectives de recherche. « Dans un système super solide à deux dimensions, par exemple, vous pouvez étudier comment les tourbillons se forment dans le trou entre plusieurs gouttelettes voisines », dit-il. « Ces tourbillons théoriquement décrits n’ont pas encore été prouvés, mais ils représentent une conséquence importante de la superfluidité », explique Francesca Ferlaino, déjà tournée vers l’avenir. L’expérience, qui est maintenant rapportée dans la revue Nature, ouvre de nouvelles opportunités pour approfondir la physique de base de cet état fascinant de la matière.

Nouveau domaine de recherche : les supersolides

Prédite il y a 50 ans, la supersolidité, avec ses propriétés surprenantes, a été largement étudiée dans l’hélium superfluide. Après des décennies de recherche théorique et expérimentale, cependant, il n’y avait toujours aucune preuve claire de la super solidité de ce système. Il y a deux ans, des groupes de recherche à Pise, Stuttgart et Innsbruck ont ​​réussi pour la première fois indépendamment les uns des autres à produire des supersolides à partir d’atomes magnétiques dans des gaz quantiques ultra-froids. La base du nouveau domaine de recherche en croissance des supersolides est la forte polarité des atomes magnétiques, dont les propriétés d’interaction permettent de générer en laboratoire cet état paradoxal d’agrégation de la mécanique quantique.


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Plus d’information:
Supersolidité bidimensionnelle dans un gaz quantique dipolaire, la nature (2021). DOI : 10.1038 / s41586-021-03725-7, www.nature.com/articles/s41586-021-03725-7

Fourni par l’Université d’Innsbruck

Citation: Gaz quantique supersolide bidimensionnel produit pour la première fois en laboratoire (2021, 18 août), consulté le 22 août 2021 sur https://phys.org/news/2021-08-two-dimensional-supersolid-quantum -gaz-travail.html

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