Fila superior:varias imágenes que muestran la distribución del momento atómico durante varios tiempos de evolución. Inicialmente, los átomos forman un condensado de Bose-Einstein (BEC). Cuando está atrapado por una celosía óptica, la distribución del impulso BEC muestra un patrón de interferencia similar a Bragg que muestra una coherencia de fase espacialmente extendida. La emisión espontánea destruye progresivamente la coherencia de fase, y la distribución del impulso evoluciona hacia una distribución amplia sin ninguna característica de Bragg. El panel principal muestra que esta desintegración ocurre como una ley de potencia (línea continua) para un sistema que interactúa. Este contraste con el conocido decaimiento exponencial esperado para átomos independientes, se muestra como línea discontinua. Aquí γ sp =500 s- 1 es la tasa de emisión espontánea inducida por el láser de excitación. Crédito:Bouganne et al.
En física cuántica, algunos de los efectos más interesantes son el resultado de interferencias. Decoherencia o pérdida de coherencia, ocurre cuando un sistema cuántico finalmente pierde la capacidad de producir interferencias, debido al ruido externo o al acoplamiento a un sistema más grande y no monitoreado (es decir, el entorno circundante).
Si bien muchos estudios han investigado la decoherencia en sistemas simples y bien aislados, como átomos o iones individuales, Hasta ahora se sabe muy poco sobre la decoherencia en los sistemas de muchos cuerpos. Muchos sistemas corporales son sistemas compuestos por muchas partículas que interactúan, en el que las correlaciones e interacciones entre partículas pueden alterar drásticamente la dinámica disipativa.
Un equipo de investigadores del Collège de France y el Laboratoire Kastler Brossel (una unidad de investigación conjunta entre el CNRS y la ENS-Paris Sciences et Lettres y Sorbonne Université) en Francia se ha propuesto recientemente investigar la decoherencia de un sistema disipativo de muchos cuerpos, específicamente un gas formado por bosones que interactúan fuertemente. Su estudio, presentado en Física de la naturaleza , encaja en una línea de investigación más general que se centra en la decoherencia en sistemas cuánticos.
Estudios anteriores sugieren que existe una profunda conexión entre la decoherencia y los procesos de medición que se suelen emplear en la mecánica cuántica. Los investigadores basaron su estudio en este importante hallazgo y trataron de utilizarlo para recopilar observaciones sobre la decoherencia en sistemas de muchos cuerpos.
"Si bien el fenómeno de la decoherencia es bien conocido para los sistemas cuánticos simples, como un átomo o ion, el estudio de sistemas de muchos cuerpos que contienen un gran número de partículas apenas ha comenzado, "Gerbier dijo." En parte, esto se debe a la dificultad de modelar el comportamiento de desequilibrio de los sistemas de muchos cuerpos, un campo que ha progresado solo recientemente. Nuestro trabajo fue motivado por la teoría desarrollada por D. Poletti y coautores en el grupo de Corinna Kollath y Antoine Georges ".
Mientras realizaban su estudio, Gerbier y sus colegas tuvieron varias discusiones en profundidad con Kollath y Georges sobre su teoría, que, por lo tanto, desempeñó un papel importante en su trabajo. En sus experimentos, Gerbier y sus colegas colocaron un gas compuesto por muchos bosones que interactúan fuertemente en una red óptica que fue expuesta a un rayo láser débil casi resonante. El gas cuántico que utilizaron estaba formado por átomos bosónicos de iterbio.
El láser que utilizaron promueve continuamente los átomos del estado fundamental electrónico a un estado excitado, desde el cual vuelven al estado fundamental emitiendo un fotón espontáneo. Esta configuración particular corresponde a una medición débil y sintonizable experimentalmente de las posiciones de los átomos.
"La emisión espontánea es una mecánica de libro de texto para la decoherencia, Gerbier explicó. "Convierte una oscilación de coherencia Rabi en un decaimiento exponencial y también destruye la coherencia de fase espacial entre diferentes puntos que existen en una onda de materia macroscópica como los condensados de Bose-Einstein realizados en nuestros experimentos".
Curiosamente, Gerbier y sus colegas observaron una subdifusión anómala en el espacio de impulso, que en última instancia refleja la aparición de estados de muchos cuerpos que se relajan lentamente en el gas. Estos estados son similares a los estados subradiantes de muchos emisores excitados.
Esencialmente, Los investigadores encontraron que la decoherencia es más lenta para un sistema de muchos cuerpos que interactúan fuertemente que para una colección de partículas individuales independientes. En lugar de la desintegración exponencial estándar que se encuentra en partículas individuales, observaron una desintegración algebraica (es decir, la ley de potencia) y una coherencia de corto alcance que persiste durante más tiempo de lo que lo haría si los átomos no estuvieran interactuando.
Este hallazgo podría tener implicaciones importantes para el estudio de sistemas abiertos de muchos cuerpos, ofreciendo un punto de referencia para futuras investigaciones. Se han observado comportamientos similares de la ley de potencias en estudios teóricos de diferentes sistemas de muchos cuerpos, como cadenas de espín en un campo magnético fluctuante o la influencia de las interacciones dipolo-dipolo en los relojes ópticos, pero aún no se han observado experimentalmente.
"Ahora planeamos estudiar más a fondo cómo la relajación y la decoherencia afectan las propiedades de los sistemas cuánticos de muchos cuerpos, utilizando la flexibilidad de los átomos ultrafríos para hacerlo (variando la geometría, dimensionalidad, los mecanismos de decoherencia, etc.), ", Dijo Gerbier.
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