밀도 파동 조정 - ScienceDaily

EPFL의 과학자들은 원자 가스에서 “밀도파”라고 불리는 결정 구조를 생성하는 새로운 방법을 발견했습니다. 이 발견은 물리학에서 가장 복잡한 문제 중 하나인 양자 물질의 거동을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

EPFL의 Jean-Philippe Brantut 교수는 “차가운 원자 가스는 과거에 원자 사이의 상호 작용을 ‘프로그램’하는 능력으로 잘 알려져 있었습니다.”라고 말합니다. “우리의 실험은 이 능력을 두 배로 늘렸습니다!” 인스브루크 대학의 Helmut Ritsch 교수 그룹과 협력하여 그들은 양자 연구뿐만 아니라 미래의 양자 기반 기술에 영향을 미칠 수 있는 돌파구를 마련했습니다.

밀도파

과학자들은 오랫동안 물질이 어떻게 결정과 같은 복잡한 구조로 자가 구성되는지 이해하는 데 관심을 가져왔습니다. 양자 물리학의 종종 난해한 세계에서 이러한 종류의 입자 자기 조직화는 입자가 규칙적이고 반복적인 패턴 또는 ‘질서’로 배열되는 ‘밀도 파동’에서 볼 수 있습니다. 서로 다른 색상의 셔츠를 입은 사람들이 한 줄로 서 있지만 같은 색상의 셔츠를 입은 두 사람이 나란히 서지 않는 패턴과 같습니다.

밀도파는 금속, 절연체 및 초전도체를 포함한 다양한 물질에서 관찰됩니다. 그러나 특히 이러한 질서(파동의 입자 패턴)가 입자가 저항 없이 흐르도록 하는 특성인 초유동성과 같은 다른 유형의 조직과 함께 발생할 때 연구하기가 어려웠습니다.

초유동성은 단순한 이론적인 호기심이 아니라는 점은 주목할 가치가 있습니다. 보다 효율적인 에너지 전달 및 저장으로 이어질 수 있는 고온 초전도성과 같은 고유한 특성을 가진 재료를 개발하거나 양자 컴퓨터를 구축하는 데 엄청난 관심이 있습니다.

빛으로 페르미 가스 조정

이 상호 작용을 탐구하기 위해 Brantut와 그의 동료들은 매우 낮은 온도로 냉각되고 원자가 서로 매우 자주 충돌하는 리튬 원자의 얇은 가스인 “단일 페르미 가스”를 만들었습니다.

그런 다음 연구원들은 이 가스를 광학 공동(optical cavity)에 넣었습니다. 이 장치는 오랜 시간 동안 작은 공간에 빛을 가두는 데 사용되는 장치입니다. 광학 캐비티는 들어오는 빛을 앞뒤로 수천 번 반사하는 두 개의 마주보는 거울로 구성되어 빛 입자, 즉 광자가 캐비티 내부에 쌓이도록 합니다.

이 연구에서 연구원들은 공동을 사용하여 페르미 가스의 입자가 장거리에서 상호 작용하도록 했습니다. 첫 번째 원자는 거울에 반사되는 광자를 방출한 다음 가스의 두 번째 원자가 재흡수합니다 처음부터입니다. 충분한 광자가 방출되고 재흡수되면(실험에서 쉽게 조정됨) 원자는 집합적으로 밀도 파동 패턴으로 구성됩니다.

“페르미 가스에서 서로 직접 충돌하는 원자의 조합은 동시에 장거리에서 광자를 교환하면서 상호 작용이 극단적인 새로운 유형의 물질입니다.”라고 Brantut는 말합니다. “우리는 그곳에서 보게 될 것이 물리학에서 만나는 가장 복잡한 물질에 대한 이해를 향상시키기를 바랍니다.”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/05/230524181906.htm