O formă rară de materie cuantică a fost creată, în premieră, cu ajutorul moleculelor

Oamenii de știință au produs o formă rară de materie cuantică cunoscută sub numele de condensat Bose-Einstein (BEC) folosind molecule în loc de atomi.

Realizate din molecule de sodiu-cesiu răcite, aceste BEC sunt reci și rămân stabile pentru o perioadă remarcabilă de două secunde.

• De ce dormitul mai mult în weekend poate fi sănătos?
• De ce oamenii care sforăie nu se trezesc din cauza propriului zgomot?

Un condensat Bose-Einstein (BEC) reprezintă o stare a materiei care apare atunci când o colecție de bosoni, particule care urmează statisticile Bose-Einstein, sunt răcite la temperaturi foarte apropiate de zero absolut.

În astfel de condiții extreme, o fracțiune semnificativă a bosonilor ocupă cea mai joasă stare cuantică, rezultând fenomene cuantice macroscopice.

Aceasta înseamnă că se comportă ca o singură entitate cuantică, „colapsându-se” efectiv într-o singură funcție de undă care poate fi descrisă cu ușurință folosind principiile mecanicii cuantice.

Aspectul fascinant al BEC-urilor provine din proprietățile lor superfluide – prezintă vâscozitate zero pe măsură ce curg, ceea ce le permite să se miște fără a disipa energie. Această proprietate unică permite BEC-urilor să simuleze alte sisteme cuantice și să exploreze noi domenii ale fizicii.

De exemplu, studiul BEC-urilor poate oferi informații despre coerența cuantică, tranzițiile de fază și interacțiunile dintre mai multe corpuri în gazele cuantice. Crearea BEC moleculare, precum cele care implică molecule de sodiu-cesiu, extinde această explorare și mai mult, putând conduce la descoperiri în domeniul calculului cuantic și al măsurătorilor de precizie, scrie Earth.com.

O formă rară de materie cuantică

Călătoria BEC-urilor este una lungă și sinuoasă, datând de un secol de la lucrările fizicienilor Satyendra Nath Bose și Albert Einstein. Aceștia au profețit că un grup de particule răcite până în pragul opririi va fuziona într-o macro-entitate singulară, guvernată de dictaturile mecanicii cuantice. Primele BEC atomice adevărate au apărut în 1995, la 70 de ani după predicțiile teoretice inițiale.

BEC atomice au fost întotdeauna relativ simple – obiecte rotunde cu interacțiuni minime bazate pe polaritate. Cu toate acestea, comunitatea științifică a început să își dorească o versiune mai complexă a BEC-urilor compuse din molecule, dar fără succes.

Reușita grupului de a crea un BEC molecular reprezintă o realizare spectaculoasă în tehnologia controlului cuantic. Această lucrare științifică strălucită este menită să aibă un impact asupra unei multitudini de domenii științifice, de la studiul chimiei cuantice la explorarea materialelor cuantice complexe.

„Avem într-adevăr o înțelegere aprofundată a interacțiunilor din acest sistem, ceea ce este vital pentru etapele ulterioare, cum ar fi explorarea fizicii dipolare a multor corpuri”, a declarat coautorul și postdoctorandul Columbia Ian Stevenson.

Un control fără precedent asupra interacțiunilor moleculare la nivel cuantic

Echipa de cercetare a dezvoltat scheme de control al interacțiunilor, le-a testat din punct de vedere teoretic și le-a executat în cadrul experimentului real. Crearea BEC-urilor moleculare permite îndeplinirea a numeroase predicții teoretice. Natura stabilă a acestor BEC moleculare permite explorarea extensivă a fizicii cuantice.

O propunere de a construi cristale artificiale cu BEC-uri ținute într-o rețea optică realizată cu laser ar putea oferi o simulare completă a interacțiunilor din cristalele naturale.

La trecerea de la un sistem tridimensional la unul bidimensional, este de așteptat să apară o nouă fizică. Acest domeniu de cercetare deschide o multitudine de posibilități în studiul fenomenelor cuantice, inclusiv supraconductivitatea și superfluiditatea, printre altele.

Utilizând o combinație de răcire cu laser, manipulări magnetice și ecranare inovatoare cu microunde, grupul de cercetare și colaboratorul lor teoretic au obținut un control fără precedent asupra interacțiunilor moleculare la nivel cuantic.

Studiul a fost publicat în revista Nature.

Vă recomandăm să mai citiți și:

O descoperire cuantică ar putea încărca bateriile într-o clipită

Valuri gigantice de materie întunecată ar putea modifica orbita stelelor

Prima reacție de superchimie cuantică realizată în laborator

Un studiu contrazice tot ce credeam că știm despre Univers. Gravitația, la originea materiei întunecate?