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

Hạt nhân bất ngờ có hình quả lê

Các thí nghiệm xác nhận rằng hạt nhân barium-144 có hình quả lê và gợi ý rằng sự bất đối xứng này rõ ràng hơn so với suy nghĩ trước đây. Hầu hết các hạt nhân đều có hình tròn hoặc hơi dẹt, giống như một quả bóng đá. Nhưng trong một số hạt nhân nhất định, proton và neutron sắp xếp theo cấu hình hình quả lê hơn. Chỉ một số ít hạt nhân bị biến dạng này được nhìn thấy trong các thí nghiệm. Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã xác nhận rằng barium-144 (144Ba) là thành viên của câu lạc bộ độc quyền này. Hơn nữa, nó có thể bị bóp méo nhiều hơn những gì các nhà lý thuyết mong đợi, một phát hiện có thể thách thức các mô hình cấu trúc hạt nhân hiện tại. Việc kiểm tra trực tiếp nhất xem hạt nhân có hình quả lê hay không là tìm kiếm cái gọi là sự chuyển dịch bát cực giữa các trạng thái hạt nhân, chúng bị triệt tiêu trong các hạt nhân đối xứng hơn. Sử dụng phương pháp này, các nhà nghiên cứu đã xác nhận rằng radium-224, radium-226 và một số hạt nhân nặng khác có hình quả lê. Trong nhiều thập kỉ, các nhà ...

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} ...

Thăm dò Hạt nhân Helium ngoài Trạng thái Cơ bản

Một thí nghiệm tán xạ electron mới thách thức sự hiểu biết của chúng ta về trạng thái kích thích đầu tiên của hạt nhân helium. Hạt nhân helium, còn được gọi là hạt α, bao gồm hai proton và hai neutron và là một trong những hạt nhân nguyên tử được nghiên cứu rộng rãi nhất. Với số lượng nhỏ các thành phần, hạt α có thể được mô tả chính xác bằng các phép tính nguyên tắc đầu tiên. Chưa hết, các trạng thái kích thích của hạt α vẫn còn là một điều bí ẩn, bằng chứng là có sự bất đồng xung quanh sự kích thích từ trạng thái cơ bản 0+1 đến trạng thái kích thích đầu tiên 0+2 [1]. Các dự đoán lý thuyết cho quá trình chuyển đổi này không phù hợp với các phép đo, nhưng độ không đảm bảo thực nghiệm quá lớn nên không thể rút ra các hàm ý. Giờ đây, Nhóm cộng tác A1 tại Mainz Microtron (MAMI) ở Đức đã đo lại quá trình chuyển đổi này thông qua tán xạ điện tử không đàn hồi [2]. Dữ liệu mới cải thiện đáng kể độ chính xác so với các phép đo trước đó và xác nhận sự khác biệt ban đầu. Kết quả mang lại những h...