محققان به تازگی یک مد جمعی اسپینی در یک چگالیده بوز-اینشتین را کشف کرده اند که پیشتر هرگز مشاهده نشده است.

برهمکنش‌های جمعی در بین ذرات فوق سرد یک گاز کوانتومی می‌تواند منجر به رفتارهای غیرمعمول از جمله ابرشارگی شود. هم اکنون محققان پدیده جمعی جدیدی را در یک گاز اسپینوری (هاله اتمی فوق سرد که ویژگی‌های مغناطیسی و ابرشارگی در آن برقرار است) مشاهده کرده‌اند. Bruno Laburthe-Tolra و همکارانش از دانشگاه پاریس 13 در ویلنتوس دریافته‌اند که یک میدان مغناطیسی توانایی ایجاد یک نوسان جمعی اسپینی در یک گاز را دارد.

این تیم یک چگالیده بوز اینشتین را از طریق سرد کردن اتم‌های کروم تا دمای 400 نانوکلوین آماده کردند. آنها اسپین همه اتم‌ها را به کمک یک میدان مغناطیسی خارجی که شدتش بتدریج در راستای چگالش افزایش می‌یافت هم خط کردند. در مرحله بعد اسپین‌ها را به کمک یک پالس رادیو فرکانس به انداره 90 درجه دوران دادند و به مشاهده دینامیک اتم‌ها پرداختند. در یک میدان همگن، اتم‌ها با یک فرکانس حرکت تقدیمی دارند و اسپین آنها موازی هم باقی می‌ماند. در یک میدان متغیر با مکان، انتظار بر این است که در نبود برهمکنش‌های متقابل اتم‌ها به طور مستقل در فرکانس‌های متفاوت از هم حرکت تقدیمی داشته باشند و در نتیجه حرکت موازی آنها نیز شکسته می‌شود. اما اتم‌هایی که به طور قوی با هم برهمکنش می‌کنند رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهند. اسپین آنها عمدتا موازی هم است و در حالی حول موقعیت اولیه‌شان نوسان می‌کنند که دامنه نوسان آنها به موقعیتشان بستگی دارد.

این تیم برای توجیه این رفتار به ابر اتمی یک خاصیت فروفلوئید، مایعی که تحت تاثیر یک میدان مغناطیسی بشدت مغناطیسی می‌شود، نسبت دادند. در چنین حالت کوانتومی، برهمکنش‌های قوی وابسته به اسپین در بین اتم‌ها در جهت‌های اسپینی قفل می‌شوند و این رفتار منجر به نوسان جمعی اسپین‌ها می‌شود. بر مبنای این نتایج گازهای اسپینوری قادر به تشکیل برانگیختگی‌های جمعی مشابه همتای فرومغناطیسی یا فروفلوئید هستند، اگر چه این گازها از مرتبه 10 میلیون بار رقیق تر از همتای چگالیده خود هستند.

این نتایج در مجله فیزیکال ریوو لترز به چاپ رسیده است.

منبع:: Collective Spin Behavior in an Ultracold Quantum Gas