Um novo estudo teórico na Monash University melhorou nossa compreensão da interação entre as flutuações quânticas e térmicas (ou excitações) na matéria quântica.

O estudo descobriu que uma impureza dentro de um condensado de Bose-Einstein (BEC) exibe um espectro de energia intrigante quando sua temperatura é elevada acima de zero kelvin, com a quasipartícula do estado fundamental se dividindo em uma série de ramos que dependem das interações com a nuvem térmica em torno do BEC.

"A modelagem demonstrou que o número de ramos de quasipartículas é simplesmente definido pelo número de excitações de orifícios da nuvem térmica, "explica o autor principal, Bernard Field.

"Isso é, incluindo até um buraco resulta em uma divisão, dois furos produzem duas divisões, e assim por diante, "diz Bernard, que é aluno de doutorado na Escola de Física e Astronomia da Monash University.

Gases atômicos frios como um 'teste perfeito'

Gases atômicos frios são usados ​​para estudar os efeitos de impurezas acopladas a um meio quântico - um cenário que é relevante para tudo, desde transistores de efeito de campo até o comportamento de prótons em estrelas de nêutrons.

Gases atômicos frios fornecem um sistema particularmente limpo e flexível para investigar o comportamento de impurezas quânticas, permitindo que as interações impureza-meio sejam variadas de acoplamento fraco a forte e revelando a maneira pela qual a impureza se torna 'revestida' pelas excitações do meio.

Especificamente, o novo estudo enfoca as impurezas em um BEC, referido como um polaron de Bose.

Estudos anteriores previram que o espectro de energia de um polaron de Bose se dividiria em dois ramos pares com qualquer aumento de temperatura acima de zero kelvin.

O estudo da Monash descobriu que esse resultado é uma consequência da suposição de apenas uma excitação de buraco de partícula do meio. Quando mais furos são incluídos, o resultado é mais dividido.

"Uma vez que pode haver um grande número de excitações em um sistema real, esperamos que o polaron de Bose real apareça como um único pico amplo em baixas temperaturas, "explica A / Prof Meera Parish.

"Contudo, notavelmente, descobrimos que o comportamento é fundamentalmente diferente do que se poderia esperar das teorias padrão de flutuações quânticas e transições de fase quânticas. "

Os pesquisadores fazem uso de uma abordagem variacional elegante que inclui correlações multicorpos entre a impureza e o BEC, indo além do estado da arte atual na área. Mais notavelmente, seu resultado teórico para a energia do estado fundamental do polaron de Bose está em excelente acordo com modelagem quântica mais numericamente intensiva e com experimentos.

O destino do polaron de Bose em temperatura finita foi publicado na revista Revisão Física A em janeiro de 2020