fulmrzu2

Zadnja novica: BEC: Tc = 10 nK, N = 10000 (18.11.2016).

Dobrodošli na spletni strani prvega slovenskega laboratorija za hladne atome. Na Institutu Jožef Stefan postavljamo eksperimentalni sistem za pripravo Bose-Einsteinovega kondenzata cezijevih atomov.

Bose-Einsteinov kondenzat je stanje sklopljenih bozonov. Če so atomi bozoni, potem pri dovolj nizki temperaturi velik delež atomov zasede najnižje kvantno stanje, kar se manifestira kot supertekočnost. Supertekočnost je makroskopski pojav, kjer se snov obnaša kot kvantna tekočina brez viskoznosti, in je analogen pojavu superprevodnosti v trdni snovi. Zaradi te analogije lahko Bose-Einsteinov kondenzat uporabimo kot kvantni simulator fizike trdne snovi. Z njim lahko raziskujemo fiziko močno koreliranih elektronov, na primer pojav superprevodnosti.

Atome cezija se najprej upočasni in ujame s pomočjo laserske svetlobe in magnetooptične pasti. Pri tem se atomi ohladijo na temperaturo nekaj sto μK. V naslednjem koraku se atome z metodo Ramanskih prehodov zbere v izbrano dobro definirano nizkoležeče energijsko stanje. Temperatura atomov pri tem pade pod 1 μK. Takrat se atome z izredno močnimi laserji ujame v takoimenovano optično past, kjer se jih v zadnjem koraku še dodatno ohladi z metodo izparevanja. Temperatura doseže območje nK, kar je dovolj nizko, da atomi kondenzirajo.

Za bodoče raziskave, kjer bomo kot eksperimentalno metodo uporabili hladne atome, smo si zastavili naslednje možne smernice.

Eksperimenti na optičnem kristalu: Kvantni plini atomov v optičnem kristalu postajajo glavno orodje za simulacijo fizike trdne snovi. Atomi igrajo vlogo elektronov v trdni snovi, kjer je bistveno to, da lahko gibanje atomov po kristalni mreži natančno kontroliramo. Z optičnim kristalom tako lahko raziskujemo fiziko močno koreliranih elektronov, ki vodi do pojavov, kot sta superprevodnost in magnetizem. Z ustrezno izbiro geometrije optične mreže lahko raziskujemo tudi magnetizem v frustriranih sistemih, kjer teorija napoveduje eksotična osnovna stanja, kot je na primer spinska tekočina.

Sintetična polja: Atomi so sicer električno nevtralni, torej nimajo naboja, vendar lahko z uporabo laserske svetlobe in gradientov magnetnega polja ustvarimo efektivne skalarne in vektorske potenciale, ki odigrajo vlogo električne in magnetne sile na atome. Na ta način lahko simuliramo kvantne pojave, ki jih poznamo iz fizike trdne snovi, na primer kvantni Hallov pojav.

Izvenravnovesna dinamika: Medtem ko je fizika ravnovesnih pojavov dobro raziskana in sprejeta, pa je fizika neravnovesnih pojavov znatno manj raziskana, bistveno manj intuitivna in lahko vodi k novim spoznanjem, ki utegnejo imeti dalekosežne učinke na naravoslovno znanost, morda tudi na družboslovje in ekonomijo. Hladni atomi so zaradi svoje fleksibilnosti izjemen laboratorij za študij izvenravnovesne dinamike.