Срочные новости раздела
Физики увидели атомные куперовские пары

Физики увидели атомные куперовские пары

Немецкие физики применили технику времяпролетной визуализации к вырожденному атомному ферми-газу в оптической ловушке для исследования механизма образования атомами куперовских пар. Спаривание проявило себя через парные корреляции атомных импульсов. Авторам удалось управлять вероятностью рождения пар и их энергией с помощью настройки оптических и магнитных полей в ловушке.

© Marvin Holten et al. / Nature, 2022

Законы квантовой механики универсальны. Разные ансамбли частиц будут вести себя одинаково, если одинаковы взаимодействия между частицами. Это будет так даже в том случае, если в разных ансамблях будут частицы разной природы. Этот принцип положен в основу квантовых симуляций, когда с помощью одной системы можно имитировать процессы, происходящие в другой.

Чаще всего в роли симулирующей системы выступают холодные атомные газы, удерживаемые в оптических ловушках. Такие системы чрезвычайно гибки в плане настройки свойств атомов и взаимодействий между ними с помощью параметров ловушек и внешних полей. Это позволяет изучать с их помощью процессы, протекающие внутри обычных твердых тел с участием электронов. В частности, физикам интересно разобраться, как происходит куперовское спаривание электронов, приводящее к сверхпроводимости и к сверхтекучести.

Впрочем, мало заставить атомы правильно взаимодействовать, их нужно еще как-то регистрировать. Разные группы решают это проблему по-разному. Так, немецкие физики предложили растягивать атомный газ с помощью дополнительного потенциала и изучать его оптическими методами. А их соотечественники из университета Гейдельберга при участии Марвина Холтена (Marvin Holten) измеряли флуоресценцию атомов, которые разлетелись достаточно далеко после выключения удерживающего потенциала. Измеряя таким способом атомные импульсы, они восстанавливали их положение относительно друг друга, подтвердив существование кристаллов Паули.

Теперь та же команда увидела образование куперовских пар не из двух электронов, а из двух фермионных атомов. Ученые использовали ту же саму технику времяпролетной регистрации атомных импульсов. Это значит, что они видели не сами куперовские пары, а влияние их образования на корреляции между импульсами атомных пар с противоположными спинами. Другими словами, если в атомном ансамбле образовывались пары, то их импульсы после разлета всегда были равны по модулю и направлены ровно в противоположные стороны.

В качестве объекта исследования физики выбрали мезоскопический холодных квантовый газ атомов 6Li. Говоря проще, атомов в ансамбле было не мало, но и не много (от двух до двадцати штук), а сами они находились при очень холодной температуре. При достаточно сильном охлаждении начинает проявляться квантовость газа, которая зависит от его статистики: бозонной или фермионной. В первом случае обычный газ стремится превратиться бозе-конденсат, во втором — вырожденный ферми-газ, в котором атомы не могут перейти на наинизший энергетический уровень из-за принципа запрета Паули. Изотопы 6Li относятся ко второй группе.

Физики запирали атомы в комбинированной оптической ловушке, представляющей собой плоский диск. В ней вдоль осевого направления атомы могли занимать только один уровень, в то время как в радиальном направлении они испытывали потенциал гармонического осциллятора. Такая ловушка представляет собой квазиатом, где роль электронов играют настоящие атомы, а квантовое число осциллятора эквивалентно номеру оболочки. Первая оболочка вмещает два атома со спином 1/2 (по числу возможных проекций спина), вторая — четыре, третья — шесть и так далее. Авторы проводили опыты для четырех различных конфигураций с замкнутыми оболочками, вмещавших в себя 2, 6, 12 и 20 атомов, соответственно. В таком режиме все внешние атомы находятся на поверхности Ферми.

Замечательная особенность установки, которую сделали ученые, заключалась в том, что они могли контролировать разницу между энергетическими уровнями квазиатома, настраивая свойства ловушки, а также менять энергию связи между атомами в потенциальных куперовских парах с помощью внешнего магнитного поля. Отношение этих двух параметров оказалось ключевым рычагом для управления вероятностью образования таких пар. Когда энергия связи была меньше, чем один шаг на энергетической лестнице ловушки, физики не видели следов пар. С ростом же их отношения в импульсном спектре начали появляться скоррелированные сигналы с энергиями чуть выше энергии ферми. Наконец, когда оно превысило 15, пары стали рождаться чаще и даже с меньшими импульсами.

Статья опубликована в журнале NatureИсточник: Марат Хамадеев nplus1.ru

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Исследование ученых из Университета Западного Онтарио показало, что в период зимней спячки колорадские жуки разрушают митохондрии в собственных мышцах, а пробуждаясь, вновь их восстанавливают.
подробнее...

Палеогенетики прочитали самый старый геном домашней лошади из Америки. Им удалось отсеквенировать ДНК из зуба, найденного в испанском городе раннего колониального периода на Гаити. Ученые подтвердили
подробнее...

Группа ученых из Кольского научного центра РАН и Санкт-Петербургского государственного университета открыла новый минерал в якутском месторождении Кестёр в Верхоянском крае, который может стать
подробнее...

Окаменелости плезиозавров, найденные в древнем русле реки в пустыне Сахара позволяют предположить, что некоторые вымершие виды, которые традиционно считались морскими существами, могли обитать и в
подробнее...

Команда исследователей из Сколтеха и Томского политехнического университета применила уникальную технологию, используемую в аэрокосмической промышленности, для синтеза карбида гафния-тантала —
подробнее...

Палеонтолог Ромен Давид (Romain David) из Музея естественной истории в Лондоне выдвинул гипотезу, согласно которой относительный размер полукружных каналов во внутреннем ухе позвоночных зависит от их
подробнее...

Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Китая доказали возможность генерации магнитного поля в диэлектриках с низким показателем преломления. К ним относятся стекло,
подробнее...

Китайские физики экспериментально поиграли в квантовую игру Мермина — Переса с помощью гиперзапутанных фотонов. Эта игра представляет собой пример квантовой псевдотелепатии, то есть игры, в которой
подробнее...

Исследователи из Франции разработали инновационного «наноробота» полностью из молекул ДНК. Он поможет тщательнее изучить на микроскопическом уровне механизмы, которые имеют решающее значение для
подробнее...

Израильские физики построили теорию взаимодействия атома с излучением в среде фотонного временного кристалла. Так называют однородный материал, чья диэлектрическая проницаемость периодически меняется
подробнее...

Когда некоторые из магнитных материалов охлаждаются ниже какой-то определенной температуры, происходит нечто интересное. Направления вращения электронов атомов как бы «замораживаются», они застывают,
подробнее...

Согласно теории, далекие транснептуновые объекты ― естественный результат долговременной эволюции Солнечной системы, включающей мигрирующие планеты-гиганты и самогравитирующий планетезимальный диск.
подробнее...

Группа исследователей из Германии и США использует бактериальный биосинтез для производства антибиотика, содержащего фтор, сообщает пресс-служба Франкфуртского университета имени Иоганна Вольфганга
подробнее...

Сотрудники Зоологического музея МГУ и Института биологии развития РАН описали два новых вида голожаберных моллюсков — особой группы морских животных, не имеющих раковины. Один из них назвали в честь
подробнее...

Палеонтолог проанализировал большую выборку черепов динозавров и их родственников и обнаружил, что у большинства видов глазницы были округлыми, но крупные хищники, такие как тираннозавр и аллозавр,
подробнее...

Согласно новому исследованию ученых из Института поведения животных Общества Макса Планка (MPI-AB), Университета Констанца и Университета Эксетера, мигрирующие насекомые способны сохранять идеально
подробнее...

Группа исследователей, в которую вошли ученые из СПбГУ, НМХЦ имени Н. И. Пирогова, Университета Иннополис, БФУ имени Иммануила Канта и сотрудники научно-производственной компании «Иммерсмед», создала
подробнее...

Исследователи из Сколтеха, Исландского университета и Саутгемптонского университета показали, как формируется ранее не наблюдавшийся объект из области квантовой физики, представляющий собой кластер
подробнее...