Un estudio de FLEET / Swinburne publicado esta semana resuelve un debate de larga data sobre lo que sucede a nivel microscópico cuando la materia pasa a un estado superconductor o superfluido.

Se encontró que las correlaciones entre pares de átomos en un gas ultrafrío crecían repentinamente a medida que el sistema se enfriaba por debajo de la temperatura de transición del superfluido. en lugar de aparecer gradualmente a temperaturas más altas, como han predicho algunas teorías.

Los experimentos se llevaron a cabo en el laboratorio de Gas Atómico Ultrafrío de la Universidad Tecnológica de Swinburne, utilizando gases de átomos de litio enfriados a temperaturas por debajo de 100 nano-Kelvin.

Desbloqueo del mecanismo de emparejamiento de los sistemas Fermi-gas

El nuevo estudio desbloquea funciones clave de un estado de la materia conocido como 'gas Fermi', ejemplos de los cuales incluyen electrones que se mueven libremente en un conductor eléctrico (como en una corriente eléctrica convencional), o protones y neutrones dentro de un núcleo. Otros sistemas de gas de Fermi incluyen estados más exóticos, como electrones en superconductores, o el "superfluido" de neutrones dentro de una estrella de neutrones.

"Una de las preguntas abiertas sobre los sistemas de Fermi-gas que interactúan fuertemente ha sido el papel del emparejamiento, "explica el profesor Chris Vale de FLEET CI." Nuestro estudio demostró que, a la temperatura de transición superfluida, las correlaciones de pares aumentan abruptamente, en lugar de gradualmente, como han predicho algunas teorías ".

Esta observación se cuantificó mediante mediciones de un parámetro universal, conocido como el "parámetro de contacto". Este parámetro cuantifica la probabilidad de encontrar dos átomos muy próximos entre sí, y se mejora fuertemente cuando los átomos forman pares.

Un estudio relacionado, por el grupo de Martin Zwierlein en el Instituto de Tecnología de Massachusetts y publicado junto con el artículo del grupo Swinburne encontró resultados casi idénticos, utilizando un método completamente diferente. Los experimentos de Swinburne y MIT representan un avance clave en nuestra comprensión del emparejamiento en sistemas de superfluidos Fermi con fuertes interacciones entre partículas.

Los resultados experimentales apuntan a la teoría correcta

El equipo de Swinburne generó un gas Fermi unitario de átomos de litio-6 y probó el sistema midiendo el impulso impartido a los átomos por un par de rayos láser cruzados. que perturban el gas de una manera bien definida. A partir de estos datos, el equipo extrajo el parámetro de contacto, que mostró un rápido aumento de alrededor del 15% a medida que la temperatura se redujo por debajo del punto de transición de superfluidos.

Los intentos teóricos para calcular la evolución de la temperatura del parámetro de contacto son notoriamente difíciles y han arrojado predicciones muy diferentes que dependen del modelo para los fermiones que interactúan. Los experimentos de Swinburne y MIT apoyan la teoría de Luttinger-Ward, que dice que el emparejamiento se activa abruptamente a la temperatura de transición.

'Contacto y reglas de suma en un gas Fermi casi uniforme en la unitaridad' se publicó en Cartas de revisión física esta semana.