El laboratorio atómico ultrafrío de la Universidad Tecnológica de Swinburne. Crédito:FLOTA
Podemos aprender mucho al estudiar los cambios microscópicos y macroscópicos en un material a medida que pasa de una fase a otra, por ejemplo, del hielo al agua y al vapor.
Pero si bien estas transiciones de fase se comprenden bien en el caso del agua, se sabe mucho menos sobre la dinámica cuando un sistema pasa de ser un fluido normal a un superfluido, que puede fluir sin fricción, es decir, sin perder energía.
Un nuevo estudio de Swinburne que observa la transición de un gas atómico de fluido normal a superfluido proporciona nuevos conocimientos sobre la formación de estos estados notables, con miras al futuro, a base de superfluidos, tecnologías cuánticas, como la electrónica de energía ultrabaja.
Se observó que la formación de superfluidos implicaba una serie de escalas de tiempo diferentes, asociado con diferentes procesos dinámicos que tienen lugar al cruzar el límite de fase.
Entender las transiciones dinámicas, hacia las tecnologías del futuro
Como un desequilibrio, proceso dinámico, las transiciones de fase son difíciles de entender desde una perspectiva teórica, dentro de estos fascinantes y potencialmente útiles estados de la materia.
Tales fenómenos de no equilibrio en los sistemas cuánticos de muchos cuerpos implican una interacción compleja de correlaciones que abarcan escalas espacio-temporales muy diferentes. El acceso a la dinámica completa en la mayoría de los materiales puede estar prohibido por escalas de tiempo ultracortas.
Las tecnologías futuras basadas en estados cuánticos, como superfluidos o superconductores, deberán ser 'conmutadas' (on / off), Por lo tanto, comprender cómo evolucionan los sistemas después de cambiar responde a preguntas básicas importantes, como qué tan rápido pueden operar tales dispositivos.
La formación de un superfluido implica el movimiento correlativo de los muchos componentes microscópicos dentro de una gran colección de partículas de la mecánica cuántica.
"Sin embargo, diluir los gases de los átomos ultrafríos, permitir mediciones de la dinámica en tiempo real en escalas de tiempo accesibles, "explica el autor principal, el Dr. Paul Dyke (Swinburne).
"Aquí usamos un gas ultrafrío de átomos fermiónicos que interactúan fuertemente (es decir, un gas Fermi), estudiar cómo se acumulan las correlaciones necesarias para formar un superfluido después de una extinción repentina de las interacciones. Esto saca al sistema del equilibrio ".
"Al medir la dinámica posterior a medida que el sistema vuelve al equilibrio, podemos resolver las diferentes escalas de tiempo involucradas, para que se acumulen las diversas correlaciones. Estas escalas de tiempo dependen de las escalas de longitud correspondientes, con correlaciones de corto alcance y formación de pares desarrollándose rápidamente, mientras que la distribución de la cantidad de movimiento general puede tardar varios órdenes de magnitud más en alcanzar el equilibrio ".
El nuevo experimento mostró que:
El parámetro de contacto cuantifica la probabilidad de encontrar dos átomos muy próximos entre sí, y se mejora fuertemente cuando los átomos forman pares.
"Dinámica de un gas de Fermi apagada a la unitaridad" se publicó en Cartas de revisión física en septiembre de 2021.
