Конденсация Бозе-Эйнштейна атомов цезия в неосновном состоянии
В рамках новаторской работы исследователи из Университета Инсбрука в сотрудничестве с Университетом Дарема впервые достигли бозе-эйнштейновской конденсации (БЭК) атомов цезия в неосновном состоянии. Это исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, открывает путь к новым экспериментам с ультрахолодными атомными газами и изучению квантовой физики многих тел. Достижение бозе-эйнштейновской конденсации зависит от поддержания благоприятного соотношения хороших и плохих столкновений. Упругие столкновения играют решающую роль в управлении процессами испарения и термализации, в то время как неупругие столкновения двух тел и рекомбинация трех тел могут снизить эффективность охлаждения до такой степени, что БЭК не может быть достигнут. Учёные определили две отдельные области магнитного поля, где возможна конденсация, с незначительными потерями двух тел и достаточно подавленными потерями трех тел.
Команда определила две отдельные области магнитного поля, где возможна конденсация.
Предоставлено: Университет Инсбрука.
Мир атомов, обычно характеризующийся случайным хаосом и теплом, претерпевает поразительную трансформацию, когда атомы резко охлаждаются. При температурах чуть выше абсолютного нуля атомы переходят в уникальное квантовое состояние, известное как конденсат Бозе-Эйнштейна (БЭК), где они ведут себя как единое целое. Первая успешная реализация БЭК произошла в 1995 году, через 70 лет после теоретического предсказания Альберта Эйнштейна и Сатьендры Нат Бозе.
С тех пор исследователи углубляются в особые свойства этих ультрахолодных газов, чтобы разгадать тайны квантовой механики. Более того, ультрахолодные атомные газы, известные своей высокой степенью управляемости, послужили бесценными испытательными стендами для квантовой физики немногих и многих тел.
Цезий, в частности, сыграл важную роль в этом отношении благодаря богатому набору резонансов Фешбаха, позволяющему точно настраивать взаимодействия. Традиционно цезий конденсируется в абсолютно основном состоянии. Теперь исследователи из Инсбрукского университета в сотрудничестве с теоретической группой из Даремского университета впервые достигли конденсации атомов цезия в зеемановски-возбужденном состоянии mF=2, конфигурации, отличной от основного состояния.
«Достижение бозе-эйнштейновской конденсации зависит от поддержания благоприятного соотношения хороших и плохих столкновений. Упругие столкновения играют решающую роль в управлении процессами испарения и термализации, в то время как неупругие столкновения двух тел и рекомбинация трех тел могут снизить эффективность охлаждения до такой степени, что BEC не может быть достигнут», — объясняет Милена Хорват, первый автор исследования.
Команда определила две отдельные области магнитного поля, где возможна конденсация, с незначительными потерями двух тел и достаточно подавленными потерями трех тел. «Конденсация атомов цезия в этой конфигурации неосновного состояния также выявила некоторые интересные и неожиданные механизмы трехчастичной потери», — говорит Хорват.
«Открытие неожиданных механизмов потери трех тел подчеркивает сложность систем ультрахолодных атомов и подчеркивает важность детальных экспериментов», — добавляет ведущий ученый Ханнс-Кристоф Нэгерль.
Это последнее достижение основано на двадцатилетнем прогрессе с тех пор, как цезий был впервые конденсирован в Инсбруке в 2003 году.
«Продолжая наше путешествие, мы надеемся углубить наше понимание квантовой физики многих тел, такой как физика примесей и поляронов, а также топологические фазовые переходы и смеси квантовых газов».
