Συμπύκνωμα Bose-Einstein μπορεί να δράσει ως σταθερή παγίδα για αέριο φερμιονίων

Ο φυσικοί έχουν γίνει ειδικοί στο να κάνουν κοκτέιλ ψυχρών ατόμων. Αναμιγνύοντας έναν όγκο φερμιονικών ατόμων με μια δόση μποζονικών ατόμων, μπορούν, για παράδειγμα, να ερευνήσουν τους μηχανισμούς της υπεραγωγιμότητας ή να δημιουργήσουν εξωτικές καταστάσεις ύλης. Συνήθως, οι μάζες των φερμιονίων και των μποζονίων σε αυτά τα μίγματα είναι περίπου ίδιες, όμως ένα νέο πείραμα εξερευνά τη μεγαλύτερη μέχρι τώρα διαφορά μάζας με ένα παρασκεύασμα μποζονικών ατόμων καισίου (133 amu) και φερμιονικών ατόμων λιθίου (6 amu). Συντονίζοντας τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των δυο ειδών, ο ερευνητές βρήκαν ότι το μποζονικό αέριο μπορεί να δράσει ως μια εκπληκτικά σταθερή παγίδα για τα φερμιόνια.

Τα μίγματα Bose-Fermi συχνά χρησιμοποιούνται ως ένας τρόπος να ψυχθούν φερμιονικά αέρια μέσω συγκρούσεων με τα ευκολότερα να ψυχθούν μποζόνια. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, τα μποζόνια διαμορφώνουν ένα κβαντικό συμπύκνωμα Bose-Einstein (BEC), δεδομένου ότι τα φερμιόνια γίνονται ένα εκφυλισμένο αέριο Fermi, στο οποίο γεμίζουν περίπου όλες οι χαμηλότερες ενεργειακές καταστάσεις. Εκλέγοντας μίγματα με μια μεγάλη διαφορά μάζας, οι ερευνητές ελπίζουν να εξερευνήσουν νέα κβαντικά φαινόμενα – όπως μοριακά οιονεί σωμάτια – που δεν έχουν φυσικό αντίστοιχα.

Για το καισίου-λιθίου μίγμα τους, ο Brian DeSalvo και οι συνάδελφοί του από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο έψυξαν με λέιζερ τα αέρια ξεχωριστά πριν τα φορτώσουν μαζί στην ίδια παγίδα. Πρώτα επαλήθευσαν την παρουσία του BEC καισίου και ένα εκφυλισμένο αέριο λιθίου. Με την εφαρμογή μαγνητικού πεδίου, μετά προκάλεσαν μια αλληλεπίδραση μεταξύ φερμιονίων και μποζονίων που προκάλεσαν περίπου 100 άτομα λιθίου να παγιδευτούν στο κέντρο του νέφους του καισίου. Το νέφος-παγίδα αυτό λειτούργησε ακόμη και όταν η αλληλεπίδραση μεταξύ των ατόμων έγινε ισχυρή, ένα αποτέλεσμα που αντίκειται σε θεωρίες που προβλέπουν ότι το μίγμα θα γινόταν ασταθές. Η ομάδα ερμήνευσε αυτή την αναπάντεχη σταθερότητα ως [συμβάν] λόγω των απωλειών που εμποδίζουν την πυκνότητα να φτάσει σε επίπεδο στο οποίο το BEC καταρρέει.

Πηγή: American Physical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: Observation of a Degenerate Fermi Gas Trapped by a Bose-Einstein Condensate. Physical Review Letters.