Credit: Monash University

Il destino di una impurità nel BEC

Un nuovo studio teorico alla Monash University ha migliorato la nostra comprensione dell’interazione tra fluttuazioni quantistiche e termiche (o eccitazioni) nella materia quantistica.

Lo studio ha scoperto che un’impurità all’interno di un condensato di Bose-Einstein (BEC) mostra uno spettro di energia intrigante poiché la sua temperatura è elevata sopra lo zero kelvin, con la quasiparticella dello stato fondamentale che si divide in un numero di rami che dipende dalle interazioni con la nuvola termica che circonda il BEC.

Bernard Field, PhD student,
Monash School of Physics and
Astronomy

Il modello ha dimostrato che il numero di rami di quasiparticelle è semplicemente impostato dal numero di eccitazioni dei fori della nuvola termica“, spiega l’autore principale, Bernard Field dottorando presso la School of Physics and Astronomy della Monash University. “Cioè, da un foro si ottiene uno split, due fori producono due split, e così via”, afferma Bernard,

Gas atomici freddi come banco di prova perfetto

I gas atomici freddi sono usati per studiare gli effetti delle impurità accoppiati a un mezzo quantistico – uno scenario che è rilevante per tutto, dai transistor ad effetto di campo al comportamento dei protoni nelle stelle di neutroni.

I gas atomici freddi forniscono un sistema particolarmente pulito e flessibile in cui sondare il comportamento delle impurità quantistiche, consentendo di variare le interazioni tra impurità e mezzo da accoppiamento debole a forte e rivelando il modo in cui l’impurità viene “vestita” dalle eccitazioni del mezzo .

In particolare, il nuovo studio si concentra sulle impurità in un BEC, indicato come un polarone di Bose.

Assoc/Prof Meera Parish, FLEET Chief Investigator at
Monash School of Physics and Astronomy

Precedenti studi avevano predetto che lo spettro di energia di un polarone di Bose si sarebbe diviso in due rami uguali con un aumento della temperatura superiore a zero kelvin.

Lo studio del Monash ha scoperto che questo risultato è una conseguenza dell’assunzione di una sola eccitazione del buco particellare dello strumento. Quando sono inclusi più fori, il risultato è una maggior suddivisione.

Dato che in un sistema reale possono esserci molte eccitazioni, ci aspettiamo che l’attuale polarone di Bose appaia come un unico ampio picco a basse temperature“, spiega A/Prof Meera Parish. “Tuttavia, notiamo che il comportamento è fondamentalmente diverso da quello che ci si potrebbe aspettare dalle teorie standard delle fluttuazioni quantistiche e delle transizioni di fase quantistiche“.

I ricercatori si avvalgono di un elegante approccio variazionale che include correlazioni multibody tra impurità e BEC e il loro risultato teorico è in ottimo accordo con il modello quantistico.

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