1D Bose Gaz Sisteminde Gözlenen Kolektif Bloch Salınımları

Bloch salınımları, sabit bir kuvvete maruz kalan tekrarlayan bir enerji “manzarası” (örn. Kristal bir kafes) içindeki kuantum partiküllerinin periyodik salınımlarıdır. Bu parçacık hareketleri, klasik mekanik teorileri tarafından tahmin edilmeyen ilgi çekici kuantum etkileri oldukları için çok sayıda fizik çalışmasının odak noktası olmuştur.

Bloch salınımlarının deneysel olarak araştırılması, kuantum maddesinin temel özellikleri hakkında yeni bir fikir verebilir. Şimdiye kadar, birkaç parçacıktan oluşan kuantum çok gövdeli sistemlerinin aksine, öncelikle ayrı parçacıklarda veya iki parçacık sistemlerinde incelenmiştir.

CNRS-PSL Üniversitesi ve Sorbonne Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, aynı kuantum durumunu işgal edebilen parçacıklar olan Bozonlardan oluşan bir kuantum sıvısı olan tek boyutlu (1D) bir Bose Gazında kolektif Bloch salınımlarının gözlemlendiğini bildirmektedir.

Makaleleri, yayınlandı Doğa fiziğiyaygın olarak incelenen bu tür parçacık hareketlerinin kompozit sistemler için de gözlemlenebileceğini ve aynı zamanda birçok vücut etkileşimlerinin incelenmesi için yeni olasılıklar açabileceğini göstermektedir.

Paper’ın kıdemli yazarı Jerome Beugnon, “Bu deneyi gerçekleştirme motivasyonu, İtalya’daki Trento’daki A. recati ekibiyle işbirliği içinde gerçekleştirdiği yeni bir teori çalışmasını anlatan bir meslektaşı N. Pavloff ile bir tartışmadan geldi.”

“Proje tarafından iki nedenden dolayı çekildim. Tahmin edilen davranış muhteşem ve çok mantıksızdır: İncelenen atomların dalga paketi üzerinde sabit ve tekdüze bir kuvvet uygularsanız, bu dalga paketi uzayda salınır.

“Kuantum mekaniğinde bu iyi bilinir (bloch salınımları olarak), tek bir parçacık bir kafes potansiyelinde (katılardaki elektronlar gibi) geliştiğinde, bu, kafessiz bir sistem için çok daha şaşırtıcıdır. Dalga ponunun hareket ettiği banyoların kuantum doğasıdır, bu da bu davranışı açıklamak için anahtardır.”

Teorik fizikçiler çok vücut bloch salınımlarının iyi bir şekilde anlaşılmasını sağlasa da, teorilerini deneysel olarak test etmek genellikle zorlaşmıştır. Makalelerinde, Beugnon ve meslektaşları, kolektif Bloch salınımlarının gerçekleşmesini sağlayan ve böylece bu teorileri test etmeye yardımcı olabilecek yeni bir deney platformu sunuyorlar.

Beugnon, “Kullantığımız fiziksel sistem, ultra kolt atomunun iki bileşeninin bir karışımıdır.” “Bileşenlerden birinin bir dalga paketi oluşturuyoruz ve hareketini diğer bileşenden yapılmış bir banyoda inceliyoruz. Atomlar lazer potansiyelleri tarafından hapsoluyor ve sisteme uyguladığımız dış kuvvet manyetik bir kuvvet.”

Fark ettikleri fiziksel sistemde, araştırmacılar daha önce hiç ulaşılmamış yaklaşık 1.000 parçacık içeren Bloch salınımlarını gözlemleyebildiler. Daha önceki çalışmalarda bildirilen salınımların kolektif olmadığı, bunun yerine bir veya iki parçacık ile sınırlı olduğu göz önüne alındığında, bu dikkate değer bir başarıdır.

Beugnon, “Gözlemimiz, tek boyutlu kuantum sistemlerinin spesifik özelliklerini, burada dağılım ilişkilerinin periyodikliğini ortaya çıkarmak için harika bir örnektir.” Dedi.

Diyerek şöyle devam etti: “Teori çalışmasını bir halka geometrisinde hareket eden atomlara da genişlettik ve Bloch salınımları ile hareket sırasında nicelleştirilmiş süper akımların oluşturulması arasındaki etkileşimi gösterdik.”

Beugnon ve meslektaşlarının son çalışmaları, güçlü etkileşen kuantum sistemlerinde kolektif hareketleri incelemek için yeni bir umut verici deney platformu sunuyor. İnceledikleri fiziksel sistemi veya diğer benzer sistemleri araştıran gelecekteki araştırmalar, çok vücut etkileşimlerinin mevcut anlayışını geliştirirken, fizikçilerin bazı doğrulanmamış teorik tahminleri test etmesine izin verebilir.

Beugnon, “Çalıştığımız dalga paketi, manyetik bir soliton olarak adlandırıldı.” “Uygulamada, bu daha büyük bir manyetik soliton ailesinin bir örneğidir. Daha genel manyetik solitonların dinamiklerinin çok zengin olması bekleniyor ve gelecekte onları keşfetmeyi planlıyoruz.”