Um dos objetivos da ciência é encontrar descrições físicas da natureza, estudando como os componentes básicos do sistema interagem uns com os outros. Para sistemas complexos de muitos corpos, teorias eficazes são freqüentemente usadas para esse fim. Eles permitem descrever as interações sem ter que observar um sistema na menor das escalas. Os físicos da Universidade de Heidelberg desenvolveram agora um novo método que permite identificar experimentalmente essas teorias com o auxílio dos chamados simuladores quânticos. Os resultados do esforço de pesquisa, liderado pelo Prof. Dr. Markus Oberthaler (física experimental) e Prof. Dr. Jürgen Berges (física teórica), foram publicados no jornal Física da Natureza .

Derivar previsões sobre fenômenos físicos no nível de partículas individuais a partir de uma descrição microscópica é praticamente impossível para grandes sistemas. Isso se aplica não apenas aos sistemas de muitos corpos da mecânica quântica, mas também para a física clássica, como quando a água aquecida em uma panela precisa ser descrita no nível das moléculas individuais de água. Mas se um sistema for observado em grandes escalas, como ondas de água em uma panela, novas propriedades podem se tornar relevantes sob certas condições prévias. Para descrever essa física de forma eficiente, teorias eficazes são usadas. “Nossa pesquisa teve como objetivo identificar essas teorias em experimentos com a ajuda de simuladores quânticos, "explica Torsten Zache, o autor principal da parte teórica do estudo. Simuladores quânticos são usados ​​para modificar sistemas de muitos corpos de forma mais simples e para calcular suas propriedades.

Os físicos de Heidelberg demonstraram recentemente seu método recém-desenvolvido em um experimento com átomos de rubídio ultracold, que são capturados em uma armadilha ótica e desequilibrados. “No cenário que preparamos, os átomos se comportam como pequenos ímãs cuja orientação somos capazes de ler com precisão usando novos processos, "de acordo com Maximilian Prüfer, o autor principal do lado experimental do estudo. Para determinar as interações eficazes desses 'ímãs, 'o experimento deve ser repetido vários milhares de vezes, o que requer extrema estabilidade.

"Os conceitos teóricos subjacentes nos permitem interpretar os resultados experimentais de uma maneira completamente nova e, assim, obter insights por meio de experimentos em áreas que até agora eram inacessíveis pela teoria, "aponta o Prof Oberthaler." Por sua vez, isso pode nos dizer sobre novos tipos de abordagens teóricas para descrever com sucesso as leis físicas relevantes em sistemas complexos de muitos corpos, "afirma o Prof. Berges. A abordagem usada pelos físicos de Heidelberg é transferível para uma série de outros sistemas, abrindo assim um território inovador para simulações quânticas. Jürgen Berges e Markus Oberthaler estão confiantes de que esta nova forma de identificar teorias eficazes tornará possível responder a questões fundamentais da física.