Χάος: Ερευνητές καταγράφουν την εμφάνιση χάους σε ένα παγωμένο νέφος ατόμων

Μια πεταλούδα κτυπά τα φτερά της σε ένα μέρος και προκαλείται τυφώνας σε ένα άλλο μέρος. Αυτός είναι ένας κοινός, απλοϊκός, τρόπος εξήγησης της χαοτικής συμπεριφοράς, που παρατηρήθηκε σε πληθώρα κλασικών δυναμικών συστημάτων, αλλά σε λίγα μόνο κβαντικά συστήματα και σε ακόμη λιγότερα κβαντικά συστήματα που συγκροτούνται από πολλά σωματίδια. Ο Markus Oberthaler, από το Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης στη Γερμανία και οι συνάδελφοί του σχεδίασαν πρόσφατα, με εξαιρετική λεπτομέρεια, την εμφάνιση χάους σε ένα κβαντικό σύστημα πολλών σωματιδίων που οδηγούνται με περιοδική διαταραχή. Η σχεδιαστική τους προσέγγιση θα μπορούσε να βοηθήσει τους ερευνητές να κατανοήσουν το πώς το χάος αναδύεται και επηρεάζει τα πολλών σωματιδίων κβαντικά συστήματα.

Ο Oberthaler και οι συνεργάτες του ξεκίνησαν τη μελέτη τους παρασκευάζοντας ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein ψυχρών ατόμων, που είχε δυο συστατικά με διαφορετικά εσωτερικά σπιν και μετά συζευγνύοντας τα συστατικά με ένα μικροκυματικό παλμό. Η σύζευξη ήταν τέτοια ώστε το συμπύκνωμα διαμόρφωσε το πολλών-σωματιδίων κβαντικό ισοδύναμο του αναρμονικού ταλαντωτή, ενός κλασικού ταλαντωτή που μπορεί να εμφανίσει χαοτική συμπεριφορά, όταν οδηγείται από μια περιοδική διαταραχή συγκεκριμένης συχνότητας και φάσης.

Οι ερευνητές στη συνέχεια οδήγησαν το σύστημα με περιοδικώς μεταβαλλόμενο πλάτος του παλμού και έτσι της έντασης της σύζευξης. Μετά χαρτογράφησαν το χώρο φάσεων, που συστάθηκε από τη σχετική κβαντική φάση των δύο συστατικών και το σχετικό αριθμό των ατόμων σε αυτούς, χρησιμοποιώντας μια προσέγγιση που ενέπλεκε ένα μαγνητικό πεδίο, έναν άλλο μικροκυματικό παλμό και την απεικόνιση απορρόφησης. Με αυτή τη διαδικασία, έκαναν τη σχεδίαση για μια σειρά από πλάτη. Βρήκαν μια μικρή περιοχή χαοτικών τροχιών στο χώρο φάσεων σε ένα μέσο οδηγό πλάτος και μια μεγάλη χαοτική περιοχή σε μεγαλύτερο πλάτος-όπως ακριβώς αυτό που χαρακτηρίζει το χώρο φάσεων του αναρμονικού ταλαντωτή που υφίσταται χαοτική δυναμική.

Πηγή: American Physical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: Experimental observation of the Poincaré-Birkhoff scenario in a driven many-body quantum system. Physical Review A.