Las ondas solitarias, conocidas como solitones, aparecen de muchas formas. Quizás el más reconocible es el tsunami, que se forma después de una interrupción en el fondo del océano y puede viajar, sin disminución, a altas velocidades por cientos de millas.

Por definición, un solitón conserva su forma mientras se propaga a una velocidad constante. Pero que pasa cuando dos o más, los solitones interactúan? El consenso general de estudios anteriores es que los solitones no se modifican esencialmente por tal interacción y se atraviesan entre sí, pero el profesor de física Erich Mueller y el estudiante de posgrado Shovan Dutta han desafiado esa noción en un informe recién publicado en Cartas de revisión física .

Su papel "Modos colectivos de un tren Soliton en un superfluido Fermi, "se publicó el 29 de junio. Ambos trabajan en el Laboratorio de Física Atómica y del Estado Sólido de Cornell.

El equipo encontró algo drásticamente diferente para los solitones que interactúan en un superfluido, que se forma cuando un gas de átomos se enfría hasta cerca del cero absoluto. Los solitones no solo se afectan entre sí, pero incluso pueden chocar y destruirse entre sí.

Los experimentos recientes han creado un solo, solitones de larga duración en un superfluido. Dutta y Mueller examinaron teóricamente las interacciones dentro de una gran variedad de tales solitones en un superfluido, como el litio-6. Para su sorpresa, Mueller y Dutta descubrieron una inestabilidad donde pares de solitones chocan y se aniquilan entre sí. También encontraron una variedad de oscilaciones colectivas novedosas de los solitones.

La tasa de inestabilidad es sensible a la separación de solitones y la interacción entre átomos, ambos se pueden sintonizar en experimentos. Además, descubrieron que la inestabilidad podría evitarse magnetizando el gas, formando un estado cuántico exótico que se discutió por primera vez en la década de 1960 en el contexto de los superconductores con impurezas magnéticas.

Dutta y Mueller comenzaron este trabajo buscando la supersimetría en la física de la materia condensada; en física de partículas, la teoría de la supersimetría relaciona las dos clases básicas de partículas elementales - bosones y fermiones - y establece que para cada partícula de un grupo, existe un "supercompañero" del otro.

"Una dirección en la que estábamos corriendo, "Mueller dijo, "fue que pensamos que teníamos una forma de ver explícitamente esta simetría [en materia condensada]".

Resultó no existir Mueller dijo, pero lo que él y Dutta encontraron formó la base de su artículo. Al comparar las excitaciones bosónicas y fermiónicas del superfluido, examinaron el movimiento colectivo de una serie de solitones y encontraron que las ondas, que se formaron esencialmente en una dimensión, asumieron varios movimientos colectivos. Algunos de ellos eran esperados, pero otros, incluyendo la inestabilidad, no eran.

También encontraron que la inestabilidad podría superarse mediante magnetización, que forma efectivamente un desequilibrio, fase superfluida espacialmente modulada, conocida como el estado FFLO, que se había discutido en términos teóricos hace 50 años pero nunca se realizó directamente en experimentos. Esto abre la puerta Dutta dijo:para estudiar más a fondo los nuevos estados cuánticos y áreas relacionadas, como la superconductividad exótica.

"Ha sido un desafío de larga data para una gran comunidad de personas, para crear este estado cuántico, " él dijo, "y nuestros hallazgos muestran que uno puede diseñarlo directamente en gases atómicos fríos".

Mueller y Dutta han presentado un artículo relacionado sobre su protocolo para la ingeniería directa de este novedoso estado cuántico. Su trabajo amplía nuestra comprensión de la dinámica del desequilibrio de los sistemas cuánticos de muchos cuerpos.

"Si puede establecer los elementos básicos de la dinámica de este sistema, que podría verse como un prototipo para sistemas más complicados, entonces eso te da una cierta comprensión de cómo funciona el mundo cuántico, "Añadió Dutta.