Skip to main content

Biểu hiện spin tập thể trong khí lượng tử cực lạnh

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện một dao động spin tập thể chưa từng thấy trong ngưng tụ Bose-Einstein của các nguyên tử crom.

Synopsis figure 

 
Trong khí lượng tử lượng tử cực lạnh, các tương tác tập thể giữa các hạt có thể dẫn đến nhiều dạng biểu hiện bất thường, chẳng hạn như siêu lỏng. Các nhà nghiên cứu hiện đã quan sát thấy hiện tượng tập thể mới trong khí spinor - một đám mây nguyên tử cực lạnh có cả tính chất từ và siêu lỏng. Laurent Vernac và các đồng nghiệp từ Đại học Paris 13 ở Villetaneuse đã phát hiện ra rằng từ trường có thể kích thích một dao động spin tập thể trong khí.

Nhóm nghiên cứu đã chuẩn bị một ngưng tụ Bose-Einstein dạng quả bóng bằng cách làm lạnh các nguyên tử crom đến 400 nK. Chúng làm thẳng hướng các spin của tất cả các nguyên tử với một từ trường bên ngoài có cường độ tăng dần theo chiều dài của chất ngưng tụ. Sau đó, họ xoay các spin một góc 90° bằng cách sử dụng xung tần số vô tuyến và quan sát động học của các nguyên tử. Trong một trường đồng nhất, các nguyên tử sẽ tiến động ở cùng một tần số, và spin của chúng sẽ vẫn song song. Trong một trường biến đổi theo không gian, các nguyên tử trong trường hợp không có tương tác lẫn nhau sẽ được kì vọng tiến động một cách độc lập ở các tần số khác nhau - làm xáo trộn tính song song. Nhưng những nguyên tử tương tác mạnh này lại biểu hiện khác nhau. Spin của chúng vẫn chủ yếu là song song, trong khi chúng dao động xung quanh các hướng ban đầu của chúng với một biên độ phụ thuộc vào vị trí.

Nhóm nghiên cứu cho rằng biểu hiện này đối với đám mây các nguyên tử hoạt động như một “sắt lỏng” (ferrofluid), một chất lỏng trở nên bị từ hóa cao khi chịu một từ trường. Trong một trạng thái lượng tử như vậy, các tương tác phụ thuộc mạnh vào spin giữa các nguyên tử khóa lại theo các hướng spin, dẫn đến dao động spin tập thể. Những kết quả này cho thấy rằng khí spinor có thể hiển thị các kích thích tập thể tương tự như các sắt từ thể rắn hoặc các sắt lỏng, mặc dù các loại khí này thường loãng hơn 10 triệu lần so với các phần đặc của chúng.

Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Physical Review Letters.

Nguồn: Phys. Rev. Lett. 121, 013201 (2018)  
 

Comments

Popular posts from this blog

Các hạt nhân mới không bền được phát hiện

     Sự phát hiện hạt nhân không bền magnesium-18 bằng thực nghiệm đã cho thấy sự suy yếu của số magic cho lớp vỏ đóng của 8 neutron.      Hạt nhân nguyên tử thường chỉ bền khi chúng có tỉ số proton và neutron xác định. Các hạt nhân không bền thường là những hạt nhân có sự mất cân bằng lớn về số proton và neutron và có thể xuất hiện trong các phản ứng hạt nhân nhưng phân rã rất nhanh. Gần đây, Yu Yin của Đại học Bắc Kinh, Trung Quốc và Chenyang Niu của Đại học Bang Michigan và các đồng nghiệp đã phát hiện hạt nhân magnesium-18 không bền chưa từng thấy trước đây [1]. Phát hiện của họ mở ra một cơ hội mới để kiểm tra và tinh chỉnh các mô hình cấu trúc hạt nhân.      Trong các thí nghiệm của họ, nhóm nghiên cứu đã bắn chùm hạt nhân magnesium-20 chứa 12 proton và 8 neutron vào một bia. Phản ứng lấy đi 2 neutron từ một số hạt nhân để tạo thành magnesium-18. Các hạt nhân magnesium-18 này phát ra ngay 4 proton để phân rã thành oxygen-14, một quá trì...

Gần đúng WKB cho lý thuyết Gamow của phân rã alpha

Đầu tiên, ta cần tìm hiểu gần đúng WKB (Wentzel–Kramers–Brillouin) là gì? Phương trình Schrödinger \begin{align} -\dfrac{\hbar^2}{2m}\dfrac{d^2\psi}{dx^2} + V(x)\psi &= E\psi \\ \dfrac{d^2\psi}{dx^2} &=-\dfrac{2m[E-V(x)]}{\hbar^2}\psi \end{align} Gọi \begin{equation} p(x) \equiv \sqrt{2m[E-V(x)]} \end{equation} là động lượng (cổ điển) của một hạt có năng lượng $E$ trong thế năng $V(x)$. Phương trình Schrödinger trở thành \begin{equation} \dfrac{d^2\psi}{dx^2} =-\dfrac{p^2}{\hbar^2}\psi \end{equation} Giả sử $E>V(x)$ (vùng cổ điển) khi đó $p(x)$ thực. Hạt bị nhốt trong hố thế. Một cách tổng quát, $\psi$ là hàm phức và ta có thể biểu diễn nó dưới dạng biên độ $A(x)$ và pha $\phi(x)$ \begin{align} \psi(x) = A(x)e^{i\phi(x)} \end{align} Thay vào phương trình Schrödinger \begin{align} A''+2iA'\phi'+iA\phi''-A(\phi ')^2 = -\dfrac{p^2}{\hbar^2}A \end{align} Ta tách làm 2 phương trình cho phần thực và ảo \begin{align} ...

11 câu hỏi lớn nhất chưa có lời giải đáp của vật lý

Việc giải quyết những câu hỏi này có thể mở ra những bí mật của sự tồn tại và mở ra một kỷ nguyên khoa học mới trong vòng vài thập kỷ. Đây là một câu chuyện về vật lý hiện đại: Hai nhà khoa học làm việc tại cùng một trường đại học trong các lĩnh vực khác nhau. Một người nghiên cứu các vật thể khổng lồ ở cách xa Trái Đất. Người kia bị mê hoặc bởi những thứ nhỏ bé ngay trước mặt mình. Để thỏa mãn sự tò mò của mình, một người chế tạo kính thiên văn mạnh nhất thế giới và người kia chế tạo kính hiển vi tốt nhất thế giới. Khi họ tập trung các thiết bị của mình vào các vật thể ngày càng xa và nhỏ hơn, họ bắt đầu quan sát các cấu trúc và hành vi chưa từng thấy trước đây hoặc tưởng tượng ra. Họ phấn khích nhưng thất vọng vì những quan sát của họ không phù hợp với các lý thuyết hiện có. Một ngày nọ, họ rời khỏi thiết bị của mình để nghỉ giải lao uống cà phê và tình cờ gặp nhau ở phòng chờ của khoa, nơi họ bắt đầu than phiền về những gì cần làm với các quan sát của mình. Đột nhiên, cả hai đều nhậ...