Atrakcyjna mieszanka Wiadomości o Mirażu

W laboratorium fizycy monitorują obłoki ultrazimnych atomów, aby dosłownie zanurzyć się w gwiazdę neutronową lub cofnąć się do początków wszechświata. Niektóre gazy kwantowe wykazują podobne właściwości fizyczne. Zespół kierowany przez Rudolfa Grimma stworzył pierwszy stabilny, silnie oddziałujący mieszany gaz Fermiego, składający się z dwóch pierwiastków o różnych masach.

Świat cząstek elementarnych można podzielić na bozony i fermiony. Rodzina fermionów obejmuje elektrony i kwarki, ale także cząstki złożone z nieparzystej liczby kwarków, takie jak protony lub neutrony. W temperaturach bliskich zera absolutnego fermiony osiągają stan, w którym nie oddziałują ze sobą, tworząc gaz Fermiego. Kiedy jednak fermiony łączą się w pary, stają się bozonami, które mogą silnie oddziaływać ze sobą i w ten sposób tworzyć nowe stany materii. Jednym ze sposobów osiągnięcia tego jest utworzenie cząsteczek, które następnie mogą utworzyć kondensat Bosego-Einsteina. Zostało to po raz pierwszy ustalone niemal jednocześnie w 2003 roku przez grupy badawcze kierowane przez Rudolfa Grimma na Uniwersytecie w Innsbrucku i Deborah Jane w Gela w Boulder. Fermiony mogą również oddziaływać ze sobą na większe odległości, jak ma to miejsce w przypadku par elektronów w nadprzewodnikach.

Dysproz i potas

Ultrazimne gazy stanowią doskonałą platformę do badania właściwości wielu układów ciała w laboratorium. Wiele lat temu powstały mieszane gazy Fermiego różnych pierwiastków. Różnice w masie są kluczem do nowych stanów materii, ale takie układy nie są jeszcze wystarczająco stabilne. Teraz grupie kierowanej przez Rudolfa Grimma z Wydziału Fizyki Doświadczalnej Uniwersytetu w Innsbrucku oraz Instytutu Optyki Kwantowej i Informacji Kwantowej Austriackiej Akademii Nauk po raz pierwszy udało się uzyskać stabilną, silnie oddziałującą mieszaninę fermionową pierwiastków o różnych masach. Wykorzystują izotopy dysprozu i potasu.

Mieszanka fermionów

Mieszanina atomowa jest schładzana do kilku miliardowych stopnia w małej klatce ze światłem laserowym i przekształcana w wysoce reaktywny gaz Fermiego za pomocą silnego pola magnetycznego, za pomocą którego badacze mogą dowolnie zmieniać przyciąganie między atomami. . Zespół Rudolfa Grimma odkrył tzw. rezonans Fishbacha, w którym pole magnetyczne można wykorzystać do wytworzenia niezbędnej interakcji między cząsteczkami. Jak wcześniej zaobserwowano jedynie w przypadku mieszanin cząstek o tej samej masie, układ okazał się wyjątkowo stabilny. „Cząsteczki wykazują silne oddziaływanie, a żywotność mieszaniny jest bardzo długa” – mówi z entuzjazmem Rudolf Grimm. „To są dokładnie podstawowe wymagania dotyczące badania nowych, długo oczekiwanych stanów nadciekłych”. Zespół Grimma chce teraz dokładniej zbadać te warunki w swoim eksperymencie. Jest to interesujące, ponieważ gazy Fermiego można wykorzystać jako model wielu zjawisk w przyrodzie, takich jak stan wewnątrz gwiazd neutronowych, które tworzą materię kilka mikrosekund po Wielkim Wybuchu, czy nadprzewodnictwo w wysokich temperaturach.

Wyniki grupy badawczej kierowanej przez Rudolfa Grimma zostały właśnie opublikowane w czasopiśmie Physical Review Letters. Praca ta została wsparta finansowo przez austriacki fundusz naukowy FWF.

Spinki do mankietów