Las interacciones fundamentales entre partículas están mediadas por bosones de calibre. En general, estas se describen mediante teorías de calibre que son extremadamente difíciles de tratar teóricamente en una amplia gama de parámetros. Abordando algunas de estas preguntas abiertas en experimentos de mesa con un diseño cuántico específicamente diseñadolos simuladores constituyen un objetivo sobresaliente. Ahora, los científicos de Ludwig-Maximilians-Universitaet LMU en Munich y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica junto con colaboradores de la Universidad Técnica de Munich, la Universidad de Harvard y la Universidad Libre de Bruxelles lograron demostrar los principalesingredientes de una teoría específica del calibrador de celosía con bosones ultrafríos de dos componentes en superredes ópticas. El estudio aparece en la revista científica Física de la naturaleza .
¿Cómo interactúan entre sí los componentes elementales de la materia?
Uno de los grandes desafíos en las ciencias físicas modernas se refiere a la identificación de constituyentes elementales de la materia y la forma en que estas partículas interactúan entre sí. Este problema fundamental se produce en muchas áreas de la física, incluida la materia condensada y cuántica de alta energíacómputo. Si bien ha habido logros notables, confirmando la existencia de una gran cantidad de partículas elementales y nuevas fases exóticas de materia, muchas preguntas fundamentales siguen sin respuesta debido a la gran complejidad del problema. Uno de los ejemplos más destacados a este respecto esconocimiento aún incompleto del diagrama de fase de la cromodinámica cuántica, que describe la fuerte interacción entre los quarks y los gluones.
Nuevas ideas por simulación cuántica
Debido al gran progreso en el control de partículas individuales, incluidos iones, fotones y átomos, se ha sugerido que las simulaciones cuánticas podrían ofrecer nuevas ideas sobre preguntas abiertas relacionadas con las interacciones fundamentales entre cuasi partículas, que están mediadas por campos de mediciónOriginalmente, el concepto de simulación cuántica fue propuesto por el ganador del premio Nobel Richard Feynman. La idea clave es diseñar un sistema cuántico de muchos cuerpos que esté diseñado para emular las propiedades de un modelo teórico dado, por lo tanto, ofrece una visión clara sobre los principios fundamentales.Fenómenos físicos de interés en un entorno de laboratorio controlado. Los sistemas cuánticos diseñados a partir de átomos ultrafríos en redes ópticas surgieron como plataformas versátiles para estudiar las propiedades de las fases cuánticas exóticas de la materia.
Sin embargo, simular campos de indicadores es extremadamente exigente, ya que requiere la implementación precisa de partículas de materia y campos de indicadores, que interactúan de una manera que debe respetar la simetría local de la teoría de indicadores de interés.
Simulación de interacciones mediadas por medidores con átomos de carga neutra
Un equipo de físicos en LMU Munich y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica MPQ, dirigido por el profesor Monika Aidelsburger y el profesor Immanuel Bloch, diseñaron cuidadosamente y se dieron cuenta con éxito de los ingredientes fundamentales de una teoría específica del medidor de celosía mínima: un Z2La teoría del medidor de celosía, que desempeña un papel importante en la física de la materia condensada y el cálculo cuántico. El equipo realizó un simulador cuántico controlable de partículas bosónicas ultrafrías atrapadas en una red óptica bicromática. El aislamiento de la dinámica de dos partículas en un pozo doble facilitó la investigación controlada deEl componente básico de la teoría, que en futuros experimentos podría usarse para construir modelos extendidos. Las complejas interacciones entre las partículas se manipularon mediante rayos láser, cuya intensidad se modulaba periódicamente en el tiempo. El desafío consistía en implementar interacciones locales bien definidasentre partículas de "materia" y "bosones medidores", los mediadores del fundamentoAl interacciones.Los experimentadores usaron dos estados electrónicos diferentes de los átomos para emular los diferentes tipos de partículas y las interacciones locales se han realizado al abordar los átomos de una manera dependiente del estado.El equipo validó un enfoque novedoso basado en la conducción periódica al observar la dinámica de los átomos resueltos en estado y sitio.El excelente conocimiento de los parámetros microscópicos del modelo les permitió además delinear el camino para futuros experimentos en geometrías extendidas y en dimensiones más altas.
El Dr. Christian Schweizer, autor principal de este estudio, concluye: "Si bien aún es un largo camino para avanzar las plataformas experimentales existentes de una manera que nos permitirá arrojar nueva luz sobre preguntas abiertas fundamentales con respecto al diagrama de fase de la cromodinámica cuántica, estos son tiempos emocionantes para los simuladores cuánticos, que se desarrollan a un ritmo notable ". Los autores han dado los primeros pasos en el largo viaje hacia el estudio de problemas de física de alta energía con experimentos de mesa. Este estudio proporciona una ruta novedosa para resolver eldesafíos pendientes que enfrentan los experimentadores con los protocolos disponibles actualmente para simular las interacciones fundamentales entre los componentes elementales de la naturaleza
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Materiales proporcionado por Ludwig-Maximilians-Universität München . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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