Podemos aprender muito estudando mudanças microscópicas e macroscópicas em um material à medida que ele passa de uma fase para outra, por exemplo, do gelo à água e ao vapor.

Mas, embora essas transições de fase sejam bem compreendidas no caso da água, muito menos se sabe sobre a dinâmica quando um sistema passa de um fluido normal para um superfluido, que pode fluir com fricção zero, ou seja, sem perder energia.

Um novo estudo de Swinburne observando a transição de um gás atômico de fluido normal para superfluido fornece novos insights sobre a formação desses estados notáveis, com uma visão do futuro, baseado em superfluido, tecnologias quânticas, como eletrônicos de ultra-baixa energia.

A formação de superfluido envolveu uma série de escalas de tempo diferentes, associado a diferentes processos dinâmicos que ocorrem ao cruzar o limite de fase.

Compreendendo as transições dinâmicas, em direção a tecnologias futuras

Como um não-equilíbrio, processo dinâmico, as transições de fase são difíceis de entender a partir de uma perspectiva teórica, dentro desses estados fascinantes e potencialmente úteis da matéria.

Tais fenômenos de não equilíbrio em sistemas quânticos de muitos corpos envolvem uma interação complexa de correlações abrangendo escalas espaço-temporais muito diferentes. O acesso à dinâmica completa na maioria dos materiais pode ser proibido pelas escalas de tempo ultracurtas.

As tecnologias futuras baseadas em estados quânticos, como superfluidos ou supercondutores, precisarão ser "ligados" (ligado / desligado), então, entender como os sistemas evoluem após a troca responde a perguntas básicas importantes, como a rapidez com que esses dispositivos podem operar.

A formação de um superfluido envolve o movimento correlacionado de muitos constituintes microscópicos dentro de uma grande coleção de partículas da mecânica quântica.

"Diluir gases de átomos ultracold, no entanto, permitem medições de dinâmica em tempo real em escalas de tempo acessíveis, "explica o autor principal, Dr. Paul Dyke (Swinburne).

"Aqui usamos um gás ultracold de átomos fermiônicos de forte interação (ou seja, um gás Fermi), para estudar como as correlações necessárias para formar um superfluido se acumulam após uma súbita extinção das interações. Isso tira o equilíbrio do sistema. "

"Medindo a dinâmica subsequente à medida que o sistema retorna ao equilíbrio, podemos resolver as diferentes escalas de tempo envolvidas, para que as várias correlações se acumulem. Essas escalas de tempo dependem das escalas de comprimento correspondentes, com correlações de curto alcance e formação de pares se desenvolvendo rapidamente, enquanto a distribuição geral do momentum pode levar várias ordens de magnitude a mais para atingir o equilíbrio. "

O novo experimento mostrou que:

• A formação e condensação de pares de férmions podem ocorrer em escalas de tempo muito diferentes, dependendo da velocidade da têmpera.
• O parâmetro de contato responde muito rapidamente às mudanças na intensidade da interação, indicando que correlações de curto alcance, evoluem muito mais rapidamente do que as correlações de longo alcance necessárias para formar um condensado de Bose-Einstein de pares de átomos.

O parâmetro de contato quantifica a probabilidade de encontrar dois átomos muito próximos um do outro, e é fortemente intensificado quando os átomos formam pares.

"Dynamics of a Fermi Gas Quenched to Unitarity" foi publicado em Cartas de revisão física em setembro de 2021.