by ICFO

Introduzione

Un team di ricercatori internazionali riferisce di nuovi progressi nella comprensione del momento angolare frazionario e di statistiche sulle impurità nei liquidi di Laughlin, grazie ad un nuovo approccio per la rilevazione dei qualunquoni.

Lo studio è stato pubblicato su Physical Review Letters

L’esistenza dei qualunquoni

In un mondo tridimensionale, tutte le particelle devono essere o fermioni o bosoni, ma in meno dimensioni è possibile l’esistenza di particelle note come anioni (più correttamente detti qualunquoni), che hanno una statistica quantistica intermedia. Si crede fortemente che questi oggetti affascinanti esistano come quasi-particelle emergenti nei sistemi di Hall quantistici frazionari, ma nonostante i grandi sforzi, le prove sperimentali degli anioni sono rimaste molto limitate.

Poiché la statistica quantistica è definita attraverso il comportamento della fase della funzione d’onda, quando due particelle identiche vengono scambiate, i primi tentativi di rilevamento degli anion sono stati basati su misure interferometriche utilizzando l’interferometria di Fabry-Perot o esperimenti di beamsplitter.

Finora, ci sono stati molti sforzi per migliorare le prove sperimentali degli anioni, cercando modi per studiare l’effetto FQH e comprendere la sua fisica di base in sistemi quantistici altamente controllabili come gli atomi freddi o i simulatori quantistici fotonici. Ci sono studi che hanno dimostrato che le interazioni luce-materia possono creare e intrappolare quasi-particelle frazionarie nei gas atomici o nei sistemi elettronici, e attraverso l’imaging del tempo di luce, misurare le firme delle statistiche frazionarie trasportate dalla quantità di moto angolare totale di un sistema quantistico frazionario di Hall.

Nuovo approcio al rilevamento dell’anione

In un recente studio pubblicato su Physical Review Letters, i ricercatori dell’ICFO Tobias Graß, Niccolo Baldelli e Utso Bhattacharya, guidati dal Prof. Maciej Lewenstein dell’ICFO, e in collaborazione con Bruno Julia-Díaz dell’Università di Barcellona, descrivono un nuovo approccio alla rilevazione di un anione, che è un elemento fondamentale per aumentare la conoscenza della materia quantistica esotica.

Contrariamente ai precedenti schemi di rilevamento, lo studio realizzato dai ricercatori apre una nuova possibilità che non richiede né lo scambio di particelle né l’interferometria. Gli autori propongono invece di tracciare il comportamento degli anioni legando ad essi particelle impure.

In particolare, si dimostra che il momento angolare medio di una singola impurità assume valori caratteristici che sono possibilmente frazionari. Per un sistema di impurità multiple, il momento angolare totale dovrebbe quindi dipendere da come questi livelli effettivi di singola impurità vengono riempiti. Sorprendentemente, il valore ottenuto dagli autori non corrisponde né al riempimento di un “mare Fermi” né alla condensazione di un modo bosonico. Invece, il momento angolare dell’impurità si interpola tra questi casi limite e il parametro statistico frazionario degli anioni può essere immediatamente dedotto da questa interpolazione.

Il loro schema di rilevamento richiede solo misure di densità e potrebbe essere applicabile alle fasi quantistiche di Hall abeliane nei materiali elettronici così come nei simulatori quantistici fotonici o atomici. Gli autori discutono anche di possibili generalizzazioni verso gli anioni non abeliani. Poiché le impurità realizzano un gas non interagente degli anion, il loro lavoro pone anche la possibilità di studiare l’intricata termodinamica dei sistemi anionici.

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