Las ondas de sonido revelan las propiedades únicas de un gas cuántico ultrafrío, un sistema modelo para describir ciertos superconductores y formas de materia nuclear. Un nuevo estudio australiano examina la propagación de energía como ondas de sonido en un gas cuántico, revelando por primera vez fuertevariaciones en la naturaleza de la onda de sonido en función de la temperatura.
A bajas energías, esta energía viaja a través del movimiento colectivo de muchas partículas que se mueven en sincronía, esencialmente, como ondas de sonido, cuantificadas usando cuasipartículas conocidas como fonones.
Por debajo de la temperatura de transición superfluida T c estas ondas de sonido en un gas Fermi unitario pueden propagarse sin colisiones y son impulsadas por ondas en la fase del parámetro de orden superfluido función de onda: este modo se conoce como el fonón de Bogoliubov-Anderson BA.
arriba de T c , las ondas de sonido se amortiguan más fuertemente y las colisiones juegan un papel dominante.
Se identificaron fuertes similitudes en la dependencia del sonido con la temperatura en el gas Fermi unitario y el comportamiento de los fonones en el helio líquido, que fue uno de los primeros superfluidos identificados históricamente.
Este estudio proporciona puntos de referencia cuantitativos para teorías dinámicas de fermiones fuertemente correlacionados.
Los gases atómicos ultrafríos formados y estudiados en el laboratorio del profesor Chris Vale en Swinburne permiten un ajuste muy preciso de las interacciones entre los átomos.
"Enfriamos y confinamos un gas altamente diluido de Li 6 átomos, al darse cuenta de un gas Fermi unitario, que exhibe las interacciones más fuertes permitidas por la mecánica cuántica con un potencial de contacto ", explica el profesor Vale.
En un gas unitario, las colisiones elásticas se vuelven resonantes y las propiedades termodinámicas del gas se convierten en funciones universales de la temperatura y la densidad. Los gases Fermi unitarios permiten probar con precisión las teorías de los fermiones que interactúan.
El equipo luego estudió las excitaciones en el gas por encima y por debajo de la transición de fase superfluida T c utilizando la espectroscopía Bragg de dos fotones.
"Medimos los espectros de excitación a un momento de aproximadamente la mitad del momento de Fermi, tanto por encima como por debajo de la temperatura crítica superfluida T c ", explica el autor del estudio, el Dr. Carlos Kuhn.
Dos pulsos láser enfocados aproximadamente 1.2 milisegundos de duración que se cruzan dentro del gas crean una perturbación periódica para los átomos de litio.
Inmediatamente después del pulso láser gemelo, la trampa óptica de confinamiento se desliza c se elimina y el momento de los átomos se mide después de 4 milisegundos de expansión, y se puede mapear en función de la frecuencia del láser.
La duración finita y el tamaño de los haces de Bragg conducen a una resolución espectral limitada a Fourier de aproximadamente 1:25 kHz FWHM que está muy por debajo de las energías típicas de Fermi, EF 11 kHz, utilizadas en los experimentos.
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Materiales proporcionado por Centro de excelencia ARC en futuras tecnologías electrónicas de baja energía . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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