Τις πιθανότητες σύζευξης σε ισχυρά αλληλεπιδρώντα συστήματα φερμιονίων εξερευνούν πειράματα ψυχρών ατόμων

Τα ηλεκτρόνια σε έναν υπεραγωγό και τα νουκλεόνια μέσα σε ένα πυρήνα είναι και τα δυο παραδείγματα ισχυρά αλληλεπιδρώντων φερμιονίων. Ένα από τα ανοιχτά ερωτήματα σχετικά με αυτά τα συστήματα «αερίου Fermi» είναι πώς επηρεάζονται οι ιδιότητές τους από σωμάτια που συζευγνύονται. Δυο νέα πειράματα χρησιμοποιώντας αέρια Fermi ψυχρών ατόμων κατέγραψαν συσχετισμούς μεταξύ ζευγών ατόμων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι στη θερμοκρασία μετάβασης υπερρευστού, συσχετισμοί ζευγών εντατικοποιούνται απότομα, μάλλον παρά βαθμιαία όπως προβλέπεται από ορισμένες θεωρίες.Οι ερευνητές συχνά χρησιμοποιούν ψυχρά άτομα για να μελετήσουν κβαντικά συστήματα, καθώς οι ατομικές αλληλεπιδράσεις μπορούν να συντονιστούν. Αυξάνοντας την ένταση της αλληλεπίδρασης μεταξύ φερμιονικών ατόμων, πειράματα μπορούν να εξερευνήσουν το «μοναδικό» όριο, όπου η ατομική συμπεριφορά αναμένεται να αποκαλύψει καθολικά χαρακτηριστικά των αλληλεπιδρώντων φερμιονίων που θα μπορούσαν να συνδέσουν την κατανόηση της υπεραγωγιμότητας με αυτή του συμπυκνώματος Bose-Einstein.
Σε ένα πείραμα, μια ομάδα υπό την καθοδήγηση του Chris Vale του Πανεπιστημίου Τεχνολογίας Swinburne στην Αυστραλία δημιούργησε ένα ενιαίο αέριο Fermi ατόμων λίθιου-6 και μέτρησε την ορμή που μεταδίδονταν στα άτομα από ένα ζεύγος διασταυρωμένων δεσμών λέιζερ. Από τα δεδομένα αυτά, η ομάδα εξήγαγε την παράμετρο επαφής, η οποία δίδει την πιθανότητα δυο ατόμων να είναι πολύ κοντά το ένα με το άλλο. Βρήκαν ότι η παράμετρος επαφής αυξάνονταν κατά 15% καθώς μείωναν τη θερμοκρασία προς το σημείο μετάβασης υπερρευστού.
Μια άλλη ομάδα υπό τον Martin Zwierlein από το MIT, απέκτησε παρόμοια αποτελέσματα. Τοποθέτησαν τα άτομα λιθίου-6 σε ένα ομοιόμορφο πλαίσιο δυναμικού, αποφεύγοντας έτσι διακυμάνσεις πυκνότητας που έχουν δυσκολέψει προηγούμενες μελέτες ψυχρών ατόμων. Για να προσδιορίσουν την παράμετρο επαφής, στηρίχθηκαν στη καταμέτρηση του αριθμού των ατομικών μεταβάσεων που προκλήθηκαν από ένα μεταβλητής συχνότητας ραδιοπαλμό που πυροδοτήθηκε μέσα στο αέριο.
Θεωρητικές προσπάθειες να υπολογιστεί η εξέλιξη της θερμοκρασίας της παραμέτρου επαφής έχουν αποδώσει πολύ διαφορετικές προβλέψεις που εξαρτήθηκαν από το μοντέλο για τα αλληλεπιδρώντα φερμιόνια. Η ξαφνική αλλαγή στην παράμετρο επαφής παρατηρήθηκε στη θερμοκρασία μετάβασης υπερρευστού υποδηλώνει ότι τα ζεύγη φερμιονίων γρήγορα διασπώνται καθώς το υπερρευστό θερμαίνεται και επιστρέφει στην κατάσταση ενός κανονικού ρευστού. Αυτή η ερμηνεία θα επιχειρηματολογούσε εναντίον σε ορισμένα μοντέλα που προβλέπουν ότι η σύζευξη συμβαίνει σε θερμοκρασίες πάνω από την μετάβαση υπερρευστού.

Πηγή: American Physical Society  egno.gr

Περισσότερα στη δημοσιεύσεις:
[1] Spectral Response and Contact of the Unitary Fermi Gas. Physical Review Letters.
[2] Contact and Sum Rules in a Near-Uniform Fermi Gas at Unitarity. Physical Review Letters.