Um estudo da FLEET / Swinburne divulgado esta semana resolve um antigo debate sobre o que acontece no nível microscópico quando a matéria passa para um estado supercondutor ou superfluido.

As correlações entre pares de átomos em um gás ultra-frio cresceram repentinamente conforme o sistema foi resfriado abaixo da temperatura de transição do superfluido, em vez de aparecer gradualmente em temperaturas mais altas, como algumas teorias previram.

Os experimentos foram realizados no laboratório de Gás Atômico Ultra-frio da Swinburne University of Technology, usando gases de átomos de lítio resfriados a temperaturas abaixo de 100 nano-Kelvin.

Mecanismo de emparelhamento de desbloqueio de sistemas de gás Fermi

O novo estudo desbloqueia funções-chave de um estado da matéria conhecido como 'gás Fermi', exemplos dos quais incluem elétrons se movendo livremente em um condutor elétrico (como em uma corrente elétrica convencional), ou prótons e nêutrons dentro de um núcleo. Outros sistemas de gás Fermi incluem estados mais exóticos, como elétrons em supercondutores, ou o 'superfluido' de nêutrons dentro de uma estrela de nêutrons.

"Uma das questões em aberto sobre os sistemas de gás Fermi de forte interação tem sido o papel do emparelhamento, "explica FLEET CI Prof Chris Vale." Nosso estudo demonstrou que, na temperatura de transição do superfluido, as correlações de pares aumentam abruptamente, em vez de gradualmente - como foi previsto por algumas teorias. "

Essa observação foi quantificada por meio de medidas de um parâmetro universal, conhecido como 'parâmetro de contato'. Este parâmetro quantifica a probabilidade de encontrar dois átomos muito próximos um do outro, e é fortemente intensificado quando os átomos formam pares.

Um estudo relacionado, pelo grupo de Martin Zwierlein no Instituto de Tecnologia de Massachusetts e publicado consecutivamente com o artigo do grupo Swinburne, com resultados quase idênticos, usando um método totalmente diferente. Os experimentos de Swinburne e MIT representam um avanço chave em nossos entendimentos de emparelhamento em sistemas de superfluidos Fermi com fortes interações entre partículas.

Os resultados experimentais apontam para a teoria correta

A equipe de Swinburne gerou um gás Fermi unitário de átomos de lítio-6 e sondou o sistema medindo o momento transmitido aos átomos por um par de feixes de laser cruzados, que perturbam o gás de uma maneira bem definida. A partir desses dados, a equipe extraiu o parâmetro de contato, que exibiu um rápido aumento de cerca de 15% à medida que a temperatura baixava abaixo do ponto de transição do superfluido.

Tentativas teóricas para calcular a evolução da temperatura do parâmetro de contato são notoriamente difíceis e produziram previsões muito diferentes que dependem do modelo para férmions em interação. Os experimentos de Swinburne e MIT apóiam a teoria de Luttinger-Ward, que diz que o emparelhamento é ativado abruptamente na temperatura de transição.

'Regras de contato e soma em um gás de Fermi quase uniforme em unidade' foi publicado em Cartas de revisão física esta semana.