18 gener, 2021
Líquids reticulars quàntics unidimensionals
Un equip d’investigadors ha descobert recentment un nou tipus de gotes quàntiques en sistemes atòmics ultrafreds.
Els líquids són omnipresents en la naturalesa, des de l’aigua que consumim diàriament fins a l’heli superfluid, que és un líquid quàntic que apareix a temperatures tan baixes com uns pocs graus per sobre del zero absolut. Una característica comuna d’aquests líquids tan diferents és que s’uneixen a si mateixos a l’espai lliure en forma de gotes. Entendre com es forma un líquid, afegint partícules una a una des d’una perspectiva microscòpica, és un repte important.
En una investigació publicada recentment s’han observat experimentalment un nou tipus de gotes quàntiques en sistemes atòmics ultrafreds. L’article, publicat a la revista Physical Review Letters, presenta una teoria microscòpica que explica la formació de les gotes quàntiques d’estructura cristal·lina -reticulars-. L’equip d’investigadors està format per Ivan Morera i el Prof. Artur Polls de l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona, en col·laboració amb el Prof. Grigori Astrakharchik de la UPC, i dirigit pel Prof. Bruno Juliá-Díaz també de l’ICCUB i investigador del projecte QUASI-CAT sobre simuladors quàntics d’àtoms freds a Catalunya.
Com es formen les gotes quàntiques?
Aquest nou tipus de gotes quàntiques està format per àtoms alcalins, que es refreden a temperatures extremadament baixes de l’ordre de nano-Kelvins. La principal peculiaritat d’aquests sistemes és que són els líquids més diluïts mai observats experimentalment. Un extraordinari control experimental sobre el sistema, que obre la possibilitat de desentranyar el mecanisme que condueix a la formació de les gotes quàntiques.
A més, l’article també mostra que aquesta formació de gotes quàntiques es poden explicar en termes d’interaccions efectives entre dímers, també coneguts com a estats lligats de dues partícules. Al resoldre el problema dels quatre cossos, els investigadors han demostrat que aquests tetrámers- o estats lligats de quatre partícules- poden aparèixer i interpretar-se com estats lligats simples de dos dímers.
Les propietats d’aquests tetràmers ja coincideixen amb les de les gotes quàntiques grans, el que indica que moltes de les propietats característiques dels líquids de molts cossos estan contingudes en el tetràmer. L’article també discuteix la possibilitat d’observar aquestes gotes fortament correlacionades en bosons dipolars, o en barreges bosòniques en xarxes òptiques.
Referencia: Ivan Morera, Grigori E. Astrakharchik, Artur Polls, and Bruno Juliá-Díaz. Universal Dimerized Quantum Droplets in a One-Dimensional Lattice. Phys. Rev. Lett. 126, 023001 (2021).