Líquidos reticulares cuánticos unidimensionales
Un equipo de investigadores ha descubierto recientemente un nuevo tipo de gotas cuánticas en sistemas atómicos ultrafríos.
Los líquidos son omnipresentes en la naturaleza, desde el agua que consumimos a diario hasta el helio superfluido, que es un líquido cuántico que aparece a temperaturas tan bajas como unos pocos grados por encima del cero absoluto. Una característica común de estos líquidos tan diferentes es que se unen a sí mismos en el espacio libre en forma de gotas. Entender cómo se forma un líquido, agregando partículas una a una desde una perspectiva microscópica, es un desafío importante.
En un artículo publicado recientemente se ha observado experimentalmente un nuevo tipo de gotas cuánticas en sistemas atómicos ultrafríos. El artículo, publicado en la revista Physical Review Letters, presenta una teoría microscópica de las gotas cuánticas de estructura cristalina -reticulares-, que explica su formación. El equipo de investigadores está formado por Ivan Morera y el Prof. Artur Polls del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona, en colaboración con el Prof. Grigori Astrakharchik de la UPC, y dirigido por el Prof. Bruno Juliá-Díaz, también del ICCUB e investigador del proyecto QUASI-CAT sobre simuladores cuánticos de átomos fríos en Cataluña.
¿Cómo se forman las gotas cuánticas?
Este nuevo tipo de gotas cuánticas está formado por átomos alcalinos, que se enfrían a temperaturas extremadamente bajas del orden de nano-Kelvins. La principal peculiaridad de estos sistemas es que son los líquidos más diluidos jamás observados experimentalmente. Un extraordinario control experimental sobre el sistema que abre la posibilidad de desentrañar el mecanismo que conduce a la formación de las gotas cuánticas.
Además, el artículo también muestra que esta formación de gotas cuánticas se pueden explicar en términos de interacciones efectivas entre dímeros, también conocidos como estados ligados de dos partículas. Al resolver el problema de los cuatro cuerpos, los investigadores han demostrado que estos tetrámeros- o estados ligados de cuatro partículas- pueden aparecer e interpretarse como estados ligados simples de dos dímeros.
Las propiedades de estos tetrámeros ya coinciden con las de las gotas cuánticas grandes, lo que indica que muchas de las propiedades características del líquido de muchos cuerpos están contenidas en el tetrámero. El artículo también discute la posibilidad de observar estas gotas fuertemente correlacionadas en bosones dipolares, o en mezclas bosónicas en redes ópticas.
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).