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} ...

Giải Nobel: Xuyên hầm lượng tử trên quy mô lớn

Giải Nobel Vật lý năm 2025 ghi nhận việc khám phá ra hiệu ứng xuyên hầm lượng tử vĩ mô trong mạch điện. John Clarke, Michel Devoret và John Martinis. Khi vượt rào thế, một vật trong vật lý cổ điển sẽ bị bật trở lại, nhưng một hạt lượng tử có thể thoát ra ở phía bên kia. Đây được gọi là hiệu ứng xuyên hầm lượng tử giải thích một loạt các hiện tượng, từ các bước nhảy electron trong chất bán dẫn đến sự phân rã phóng xạ trong hạt nhân. Nhưng hiệu ứng xuyên hầm không chỉ giới hạn ở các hạt hạ nguyên tử, như được nhấn mạnh bởi Giải Nobel Vật lý năm nay. Những người nhận giải-John Clarke từ Đại học California, Berkeley; Michel Devoret từ Đại học Yale và John Martinis từ Đại học California, Santa Barbara đã chứng minh rằng các vật thể lớn bao gồm hàng tỷ hạt cũng có thể tạo đường hầm xuyên qua rào cản [1-3]. Sử dụng mạch siêu dẫn, các nhà vật lý đã chỉ ra rằng các electron siêu dẫn, hoạt động như một đơn vị tập thể, tạo đường hầm xuyên qua rào cản năng lượng giữa hai trạng thái điện áp. Cô...