Un objetivo de la ciencia es encontrar descripciones físicas de la naturaleza mediante el estudio de cómo los componentes básicos del sistema interactúan entre sí. Para sistemas complejos de muchos cuerpos, las teorías efectivas se utilizan con frecuencia para este fin. Permiten describir las interacciones sin tener que observar un sistema en la más pequeña de las escalas. Los físicos de la Universidad de Heidelberg han desarrollado un nuevo método que permite identificar estas teorías de forma experimental con la ayuda de los denominados simuladores cuánticos. Los resultados del esfuerzo de investigación, dirigido por el Prof.Dr. Markus Oberthaler (física experimental) y el Prof.Dr. Jürgen Berges (física teórica), fueron publicados en la revista Física de la naturaleza .

Derivar predicciones sobre fenómenos físicos a nivel de partículas individuales a partir de una descripción microscópica es prácticamente imposible para sistemas grandes. Esto se aplica no solo a los sistemas mecánicos cuánticos de muchos cuerpos, sino también a la física clásica, como cuando el agua caliente en una olla debe describirse al nivel de las moléculas de agua individuales. Pero si se observa un sistema a gran escala, como olas de agua en una olla, las nuevas propiedades pueden volverse relevantes bajo ciertas condiciones previas. Para describir tal física de manera eficiente, se utilizan teorías efectivas. "Nuestra investigación tuvo como objetivo identificar estas teorías en experimentos con la ayuda de simuladores cuánticos, "explica Torsten Zache, el autor principal de la parte teórica del estudio. Los simuladores cuánticos se utilizan para modificar sistemas de muchos cuerpos de forma más sencilla y para calcular sus propiedades.

Los físicos de Heidelberg demostraron recientemente su método recientemente desarrollado en un experimento con átomos de rubidio ultrafríos, que se capturan en una trampa óptica y se desequilibran. "En el escenario que preparamos, los átomos se comportan como pequeños imanes cuya orientación podemos leer con precisión utilizando nuevos procesos, "según Maximilian Prüfer, el autor principal en el lado experimental del estudio. Para determinar las interacciones efectivas de estos 'imanes, 'el experimento tiene que repetirse varios miles de veces, lo que requiere una estabilidad extrema.

"Los conceptos teóricos subyacentes nos permiten interpretar los resultados experimentales de una manera completamente nueva y, por lo tanto, obtener conocimientos a través de experimentos en áreas que hasta ahora han sido inaccesibles a través de la teoría, "señala el profesor Oberthaler." A su vez, esto puede informarnos sobre nuevos tipos de enfoques teóricos para describir con éxito las leyes físicas relevantes en sistemas complejos de muchos cuerpos, ", afirma el profesor Berges. El enfoque utilizado por los físicos de Heidelberg es transferible a varios otros sistemas, abriendo así un territorio innovador para las simulaciones cuánticas. Jürgen Berges y Markus Oberthaler confían en que esta nueva forma de identificar teorías efectivas permitirá responder a preguntas fundamentales en física.