Kuantum atılımı: Çin dünyada ilk kez ters akışlı süperakışkanlığı gösterdi

Kuantum atılımı: Çin dünyada ilk kez ters akışlı süperakışkanlığı gösterdi

Çin Bilimler Akademisi'nden araştırmacılar, ters akışlı süperakışkanlığı (CSF) deneysel olarak ilk kez gösterdiler.

Bu, iki bileşenin (örneğin, farklı atom veya spin türleri) mükemmel korelasyonla zıt yönlerde aktığı egzotik bir kuantum durumudur. Her iki bileşen de süperakışkan olmasına rağmen, sistem bir bütün olarak durağan ve sıkıştırılamaz kalır.

Araştırmacılara göre CSF, özellikle yeni kuantum fazlarını ve spinle ilgili fenomenleri keşfetmek için ultra soğuk ortamlarda karmaşık kuantum sistemlerini incelemek ve simüle etmek için önemli bir araç olacak.

CSF'yi teoriden gerçeğe taşımak

Ters akışlı süperakışkanlık yeni bir kavram değil; bilim insanları bu kuantum fazını son yirmi yıldır biliyorlar. Aslında, 1963'te bir kafes sistemindeki bozonların davranışını açıklamak için önerilen teorik bir model olan Bose-Hubbard modelinin bulgularının bir uzantısıdır.

Diğer bazı matematiksel modeller de CSF'yi teorize eder, ancak şimdiye kadar bilim insanları çeşitli teknik zorluklar nedeniyle bu fazı deneysel bir kurulumda gözlemleyemediler.

Çalışmanın yazarları, "Bu fazı deneysel olarak fark etmek ve tanımlamak, kusursuz durum hazırlama, tutarlı manipülasyonlar sırasında minimum ısıtma ve fazların spin ve yer çözümlü tespiti gibi tek bir kurulum için katı gereklilikler nedeniyle zorlu olduğunu kanıtladı" diye açıklıyor.

Gizli CSF fazına ulaşmak için araştırmacılar, iki farklı spin durumuna sahip ultra soğuk rubidyum-87 atomları kullanarak iki bileşenli bir sistem hazırladılar. Daha sonra atomlar, atomları belirli konumlarda hapseden bir lazer ışığı ızgarasına yerleştirildi.

Bu, teoride elektriği iletmesi gereken ancak gerçekte iletmeyen büyüleyici bir malzeme olan bir spin Mott yalıtkanının oluşumuyla sonuçlandı. Bunun nedeni, parçacıklarının spinleri arasındaki güçlü etkileşimlerin bunların yerelleşmesine neden olması ve elektronların serbestçe hareket etmesini engellemesidir.

Bu sistemdeki atomlar arasındaki etkileşimi bir nanokelvin sıcaklıkta (-273,15°C veya -459,67°F) ayarlayarak araştırmacılar, 'donmuş' bir durumdan (spin-Mott yalıtkanı) iki tür atomun mükemmel dengede kalırken zıt yönlerde aktığı bir duruma geçtiler ve ters akışlı süperakışkanlığı gösterdiler.

Ters akışlı süperakışkanlığı doğrulama

Çalışmanın yazarları, sistemin gerçekten CSF fazına girip girmediğini doğrulamak için bir kuantum gaz mikroskobu kullandılar; bu, bilim insanlarının bir kafes içindeki tek tek atomları görüntülemelerine olanak tanıyan son derece gelişmiş bir görüntüleme aracıdır.

Atomların farklı konumları (ve spinleri) arasındaki korelasyonları ölçtüler ve antipair korelasyonları, yani zıt durumlardaki atomların varlığını buldular.

Çalışmanın yazarları, "CSF'nin ayırt edici özelliği olan antipair korelasyonları, kuantum gaz mikroskobu altında hem gerçek hem de momentum uzaylarında yapılan ölçümlerle doğrulandı" diye belirtiyor.

Bu gözlem, bir atom bir yönde hareket ettiğinde, zıt spin durumundaki başka bir atomun zıt yönde hareket ettiğini doğruladı. Ek olarak, araştırmacılar spin durumlarında uzun menzilli korelasyonlar gözlemlediler ve sistem tüm kafes boyunca tutarlılığı korudu; bu da CSF fazının bir diğer güçlü göstergesidir.

1930'da süperakışkanlığın keşfi, lazer soğutma gibi birçok heyecan verici düşük soğuk teknolojinin geliştirilmesine yol açtı. Umuyoruz ki CSF, birçok çığır açan kuantum uygulaması için de yolu açacaktır.

Kaynak: IE