Ein Team aus Kyoto unter der Leitung von Takahashi Yoshiro nutzte Laser, um Fermionen, Ytterbiumatome, auf ein Milliardstel Grad des absoluten Nullpunkts abzukühlen, eine unerreichbare Grenze, an der jede Bewegung stoppt. Das ist etwa 3 Milliarden Mal kälter als die Temperatur im interstellaren Raum, der noch durch die Restwärme des Urknalls erwärmt wird.
„Wenn jetzt nicht eine außerirdische Zivilisation dieselben Experimente durchführt, dann erzeugt das Labor der Universität von Kyoto die kältesten Fermionen im Universum“, sagte Caden Hazzard, einer der Teilnehmer des Experiments. Fermionen sind keine seltenen Teilchen. Dazu gehören zum Beispiel Elektronen, und sie sind eine der zwei Arten von Teilchen, aus denen alle Materie besteht.“
Atome unterliegen ebenso wie Elektronen und Photonen den Gesetzen der Quantendynamik, aber ihr Quantenverhalten zeigt sich erst, wenn sich ihre Temperatur dem absoluten Nullpunkt nähert. Seit einem Vierteljahrhundert untersuchen Physiker die Quanteneigenschaften ultrakalter Atome. Laser werden sowohl zur Kühlung von Partikeln als auch zur Begrenzung ihrer Bewegung in optischen Gittern, ein-, zwei- oder dreidimensionalen Lichtkanälen benötigt, die als Quantenmaschinen dienen können, die komplexe Probleme lösen können, die für klassische Computer unzugänglich sind.
„Der Vorteil dieser Kühlung ist, dass sich dann die Physik deutlich ändert“, erklärt Hazzard. „Die Physik wird quantenmechanischer und ermöglicht es Ihnen, neue Phänomene zu sehen.“
Takahashis Team verwendete diesen Ansatz, um das sogenannte Hubbard-Modell zu erstellen, das 1963 vorgeschlagen wurde. Physiker verwenden es, um das magnetische und supraleitende Verhalten von Materialien zu untersuchen, insbesondere von solchen, in denen das kollektive Verhalten von Elektronen auftritt, schreibt Phys.org.
Das resultierende Hubbard-Modell hat eine spezielle Symmetrie, die als SU (n) bezeichnet wird. SU ist eine spezielle Einheitsgruppe, eine mathematische Art, Symmetrie zu beschreiben, und n sind die möglichen Spinzustände der Teilchen im Modell. Je höher n, desto größer ist die Symmetrie des Modells und desto komplexer das magnetische Verhalten, das es beschreibt. Ytterbiumatome haben sechs mögliche Spinzustände, und das Kyoto-Experiment war das erste, das magnetische Korrelationen in Hubbards SU(6)-Modell enthüllte. Es ist unmöglich, sie auf einem klassischen Computer zu berechnen.
Dieses Experiment eröffnet Physikern die Möglichkeit, das Verhalten komplexer Quantensysteme zu beobachten.
Im Jahr 2019 simulierten amerikanische Physiker heißes Plasma aus dem Zentrum eines toten Sterns mit Plasma, das etwa 50-mal kälter ist als die Temperatur des Weltraums.
2022-09-02 17:08:18
Autor: Vitalii Babkin