Esboço da configuração experimental. Os átomos estão presos em uma única camada de uma rede óptica atraente sobreposta com uma pinça óptica fortemente focada (a, principal). A degeneração do confinamento harmônico efetivamente bidimensional leva à formação de uma estrutura de casca não trivial (a, fundo). Imagem binarizada do sistema de casca fechada N =6 obtida com uma única câmera EMCCD de contagem de fótons após uma expansão de tempo de voo (b). Extraímos os momentos do átomo procurando por máximos locais na imagem filtrada por passa-baixa (c). Todos os momentos são plotados em unidades naturais do confinamento do oscilador harmônico. Para revelar as correlações entre as partículas, subtraímos o centro de movimento de massa (1) e giramos para um eixo de simetria comum (2). Crédito:arXiv:2005.03929 [cond-mat.quant-gas]
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Heidelberg conseguiu construir um aparelho que lhes permitiu observar os cristais de Pauli pela primeira vez. Eles escreveram um artigo descrevendo seus esforços e o carregaram para o arXiv servidor de pré-impressão.
O princípio de exclusão de Pauli é bastante simples:ele afirma que dois férmions não podem ter o mesmo conjunto de números quânticos. Mas, como acontece com muitos princípios da física, esta afirmação simples teve um impacto profundo na mecânica quântica. Examinar mais de perto o princípio revela que ele também sugere que dois férmions não podem ocupar o mesmo estado quântico. E isso significa que os elétrons devem ter diferentes órbitas em torno de um núcleo, e por extensão, isso explica por que os átomos têm volume. Essa compreensão da auto-ordenação dos férmions levou a outras descobertas, por exemplo, que eles devem formar cristais com uma geometria específica, que agora são conhecidos como cristais Pauli. Quando esta observação foi feita pela primeira vez, foi entendido que tal formação de cristal só poderia acontecer em circunstâncias únicas. Neste novo esforço, os pesquisadores resolveram as circunstâncias, e assim fazendo, construíram um aparelho que lhes permitiu observar os cristais de Pauli pela primeira vez.
O trabalho envolveu uma configuração que incluiu lasers que foram capazes de prender uma nuvem de átomos de lítio-6 super-resfriados ao seu estado de energia inferior, forçando-os a aderir ao princípio de exclusão, em uma camada plana de espessura de um átomo. A equipe então usou uma técnica que lhes permitiu fotografar os átomos quando eles estavam em um determinado estado - e apenas esses átomos. Eles então usaram a câmera para tirar 20, 000 fotos, mas usou apenas aqueles que mostraram o número certo de átomos - indicando que eles estavam aderindo ao princípio de exclusão de Pauli. Próximo, a equipe processou as imagens restantes para remover o impacto do momentum geral na nuvem atômica, girou-os corretamente, e então sobrepôs milhares deles, revelando a distribuição do momento dos átomos individuais - esse foi o ponto em que as estruturas cristalinas começaram a emergir nas fotos, exatamente como foi previsto pela teoria. Os pesquisadores observam que sua técnica também pode ser usada para estudar outros efeitos relacionados aos gases à base de férmions.
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