«Мы можем хорошо контролировать ультрахолодные частицы в экспериментах, и это дало нам новое понимание физических свойств», – говорит Франческа Ферлайно из Института экспериментальной физики Университета Инсбрука и Института квантовой оптики и квантовой информации Австрии. Академия Наук. В сотрудничестве с группой физиков-теоретиков Питера Золлера ее исследовательская группа теперь расширила этот подход для квантового моделирования и заложила основу для будущих новых исследований: впервые физики смогли количественно измерить дальнодействующие взаимодействия между магнитными атомами в оптические решетки.
Ящик для экспериментальных инструментов для материи
Многие исследования посвящены изучению взаимодействия короткодействующих частиц. «Напротив, мы работаем с сильно магнитными атомами, которые также могут взаимодействовать на больших расстояниях», – говорит соавтор Манфред Марк. Для своего эксперимента физики приготовили ультрахолодный газ атомов эрбия – конденсат Бозе-Эйнштейна – в трехмерной оптической решетке лазерных лучей.
В этом смоделированном кристалле твердого тела частицы были расположены подобно яйцам в картонной коробке. Расстояние между частицами в семь раз превышало их волновую функцию в эксперименте в Инсбруке. «Используя магнитное поле, мы можем напрямую изменять направление мини-магнитов и точно контролировать, как частицы взаимодействуют – притягивая или отталкивая друг друга», – объясняет первый автор Саймон Байер.
Поиск экзотических квантовых фаз
«Наше сотрудничество с Цоллером, Кай Цзы и Михаилом Барановым было необходимо для всестороннего понимания результатов наших измерений», – подчеркивает Франческа Ферлайно. «Наша работа – еще один важный шаг к лучшему пониманию квантовой материи диполярных атомов, потому что их природа намного сложнее, чем атомы, используемые для ультрахолодных квантовых газов в других экспериментах."Результаты исследования также закладывают основу для будущих исследований новых экзотических квантовых фаз многих тел, таких как шахматные и полосовые фазы, которые могут быть созданы за счет дальнодействующих взаимодействий. «Наше исследование открывает дверь к возможности измерения фаз такого типа», – говорит Саймон Байер, который уже заглядывает в будущее. "В принципе, мы должны иметь возможность сделать это и в наших экспериментах, но нам нужно будет охладить атомы еще дальше с нынешних 70 нК до примерно 2 нК."
Исследование поддерживается, в частности, Австрийским научным фондом (FWF) и Европейским исследовательским советом (ERC).