Naukowcy w Innsbrucku stworzyli struny Bethego z ultrazimnych atomów — ScienceDaily
Naukowcy z Uniwersytetu w Innsbrucku w Austrii stworzyli i zaobserwowali w ultrazimnym gazie niezwykłe wielocząstkowe stany kwantowe — struny Bethego. Ich istnienie w 1931 roku przewidział fizyk Hans Bethe. W eksperymencie uczestniczyły również grupy teoretyczne z Uniwersytetu Amsterdamskiego oraz Monachijskiego Uniwersytetu Technicznego, podaje ScienceDaily. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature Communications.
Atomy w jednowymiarowych rurkach
Na potrzeby eksperymentu naukowcy schłodzili chmurę atomów cezu do temperatury zaledwie kilku miliardowych części stopnia powyżej zera absolutnego. Następnie podzielili ją na kilka tysięcy niezwykle wąskich rurek, w których atomy mogły poruszać się faktycznie tylko w jednym kierunku.
Środowisko jednowymiarowe jest właśnie warunkiem koniecznym istnienia strun Bethego. W przeciwieństwie do zwykłych molekuł struktury te nie są utrzymywane przez wiązania chemiczne: cząstki pozostają razem dzięki oddziaływaniom między nimi. Badacze zmienili charakter oddziaływania atomów z odpychającego na przyciągający, po czym powstały stany związane o różnych rozmiarach. Niektóre klastry zawierały sześć lub więcej cząstek.
Więcej aktualnych wiadomości na kanale UA.News w Telegramie Telegram.
Sprawdzenie za pomocą zderzeń i ekspansji
Aby potwierdzić, że cząstki rzeczywiście utworzyły związane struktury, zespół przeprowadził dwa warianty eksperymentu z rozszerzaniem się gazu. W pierwszym atomy pozostawały w jednowymiarowych rurkach, rozszerzały się i zderzały ze sobą. Struny Bethego zachowywały się przy tym po zderzeniach.
W drugim wariancie usuwano ograniczenia, a atomy swobodnie rozszerzały się w przestrzeni trójwymiarowej. Ponieważ struny Bethego mogą istnieć tylko w jednym wymiarze, w takich warunkach rozpadały się. Energia, która utrzymywała cząstki w stanie związanym, przekształcała się w ruch, dlatego atomy rozlatywały się szybciej. Przy oddziaływaniu odpychającym, gdy cząstki nie były związane, w obu wariantach ekspansji mierzono praktycznie identyczną energię. W obecności strun podczas trójwymiarowej ekspansji rejestrowano dodatkową energię z ich rozpadu.
Wcześniej struny Bethego wykrywano eksperymentalnie w magnetycznych układach ciała stałego. Ultraniski gaz atomowy pozwala precyzyjnie kontrolować geometrię układu, gęstość cząstek i ich oddziaływania, co umożliwia badanie powstawania i zderzeń takich zbiorowych obiektów kwantowych.
