Esquema de la configuración experimental. Los átomos están atrapados en una sola capa de una atractiva red óptica superpuesta con una pinza óptica bien enfocada (a, cima). La degeneración del confinamiento armónico efectivamente bidimensional conduce a la formación de una estructura de capa no trivial (a, fondo). Imagen binarizada del sistema de capa cerrada N =6 tomada con una sola cámara EMCCD de conteo de fotones después de una expansión de tiempo de vuelo (b). Extraemos los momentos del átomo buscando máximos locales en la imagen filtrada de paso bajo (c). Todos los momentos se representan en unidades naturales del confinamiento del oscilador armónico. Para revelar las correlaciones entre las partículas, restamos el centro de movimiento de masa (1) y giramos a un eje de simetría común (2). Crédito:arXiv:2005.03929 [cond-mat.quant-gas]
Un equipo de investigadores de la Universidad de Heidelberg ha logrado construir un aparato que les permitió observar los cristales de Pauli por primera vez. Han escrito un artículo describiendo sus esfuerzos y lo han subido a la arXiv servidor de preimpresión.
El principio de exclusión de Pauli es bastante simple:afirma que dos fermiones no pueden tener el mismo conjunto de números cuánticos. Pero como ocurre con muchos principios de la física, esta simple afirmación ha tenido un profundo impacto en la mecánica cuántica. Si se observa más de cerca el principio, se revela que también sugiere que no hay dos fermiones que puedan ocupar el mismo estado cuántico. Y eso significa que los electrones deben tener diferentes órbitas alrededor de un núcleo, y por extensión, explica por qué los átomos tienen volumen. Esta comprensión del autoordenamiento de los fermiones ha llevado a otros hallazgos, por ejemplo, que deben formar cristales con una geometría específica, que ahora se conocen como cristales de Pauli. Cuando se hizo esta observación por primera vez, se entendió que tal formación de cristales solo podría ocurrir en circunstancias únicas. En este nuevo esfuerzo, los investigadores han resuelto las circunstancias, y al hacerlo, han construido un aparato que les permitió observar los cristales de Pauli por primera vez.
El trabajo involucró una configuración que incluía láseres que podían atrapar una nube de átomos de litio-6 sobreenfriados a su estado de menor energía. obligándolos a adherirse al principio de exclusión, en una capa plana de un átomo de espesor. Luego, el equipo utilizó una técnica que les permitió fotografiar los átomos cuando estaban en un estado determinado en particular, y solo esos átomos. Luego usaron la cámara para tomar 20, 000 imágenes, pero usó solo aquellos que mostraban el número correcto de átomos, lo que indica que se estaban adhiriendo al principio de exclusión de Pauli. Próximo, el equipo procesó las imágenes restantes para eliminar el impacto del impulso general en la nube de átomos, los rotó correctamente, y luego superpuestos miles de ellos, revelando la distribución del impulso de los átomos individuales, ese fue el punto en el que las estructuras cristalinas comenzaron a emerger en las fotografías, tal como lo predijo la teoría. Los investigadores señalan que su técnica también podría usarse para estudiar otros efectos relacionados con los gases a base de fermiones.
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