پژوهش‌گران به گواه جدیدی در مورد چگالیده‌ی بوز-انشتینی ساخته شده از اتم‌های اربیم (erbium) دست یافته‌اند؛ چگالیده‌ای که گذاری به نوع عجیبی از ماده‌ی کوانتومی داشته‌ است.

نظریه‌پردازان به مدت پنجاه سال وجود یک فاز کوانتومی ماده معروف به ابرجامد (Supersolid) را پیش‌بینی کرده‌اند. یک ابرجامد مثل یک ابرشاره بدون اصطکاک شارش پیدا می‌کند با این تفاوت که ذرات آن ترکیب‌بندی بلورین دارند. اخیراً محققان در تلاش بوده‌اند تا یک گذار فاز ابرجامد را در نوعی از گاز اتمی کوانتومی موسوم به چگالیده‌ی بوز-اینشتین (BEC) القا کنند. آن‌ها به‌ویژه با اتم‌هایی با ممان دوقطبی مغناطیسی بزرگ کار کرده‌اند که اندرکنش آن‌ها ‌می‌تواند به این نوع فاز از ماده بیانجامد (اینجا را ببینید). اکنون فرانسسکو فرلاینو (Francesca Ferlaino) از دانشگاه انسبراک اتریش و همکارانش با ترکیب شبیه‌سازی‌ها و آزمایش‌ها، به گواهی دیگری بر یک فاز ابرجامد در یک BEC ساخته شده از اتم‌های اربیم دست یافته‌اند.

این تیم از شبیه‌سازی‌های نظری برای نشان دادن اینکه طیف انرژی-اندازه‌حرکت یک ماده‌ی تحت گذار فاز ابرجامدی بایستی ساختاری متمایز داشته باشد، استفاده کرده‌اند. با نزدیک شدن به این گذار به ازای یک اندازه‌حرکت معین، سیستم، دو حالت انرژی را به طور همزمان نشان خواهد داد. این جفت‌حالات در طیف برانگیختگی به شکل ساختار متمایز که شبیه دو شاخه است دیده می‌شوند. این دو شاخه از دو تقارن شکسته‌شده‌ی همزمان ناشی می‌شوند: یک تقارن که مربوط به نظم بلوری است و دیگری به شارش بدون اصطکاک ماده مربوط است.

این تیم سپس بخشی از این طیف را برای یک BEC ایربیمی واکاویده‌اند. برای انجام این کار آن‌ها اتم‌ها را (که در یک جهت قرار داشته‌اند) در درون یک تله‌ی سه‌بعدی همبسته کرده‌اند. سپس با تغییر سریع اندازه‌ی این تله، گاز را منبسط و منقبض ساخته‌اند. اتم‌های متحرک که با هم‌دیگر اندرکنش می‌کنند باعث می‌شوند تا ابرجامد یک الگوی تداخلی متغیر تولید کند. پژوهش‌گران با تحلیل این الگو مدهای برانگیخته‌ی چند‌گانه‌ای را مشخص کرده‌اند که مشابه شبیه‌سازی انجام گرفته از وجود دو شاخه پرده بر می‌دارند. این اندازه‌گیری طیفی زمینه را برای مطالعات بعدی در مورد ابرجامدی و ویژگی بدون اصطکاک آن در BECهای اربیمی و سایر «گازهای دوقطبی» فراهم می‌کند.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز انتشار یافته است.

نویسنده:

سوفیا چن نویسنده‌ی آزاد در تاسکون آریزوناست.

منبع:

Spectral Evidence of a Supersolid Made of Cold Atoms