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 para a água e para o vapor.
Mas enquanto essas transições de fase são 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 vista a futuras tecnologias quânticas baseadas em superfluido, como a eletrônica de ultra-baixa energia.
A formação de superfluidos foi vista envolvendo várias escalas de tempo diferentes, associadas a diferentes processos dinâmicos que ocorrem ao cruzar o limite de fase.
Compreendendo as transições dinâmicas, em direção a tecnologias futuras
Como um processo dinâmico e sem equilíbrio, as transições de fase são difíceis de entender de uma perspectiva teórica, dentro desses fascinantes e potencialmente úteis estados da matéria.
Tais fenômenos de não equilíbrio em sistemas quânticos de muitos corpos envolvem uma interação complexa de correlações abrangendo escalas espaço-temporais amplamente 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 “ligadas” (ligadas / desligadas), portanto, entender como os sistemas evoluem após a comutação responde a questões básicas importantes, como a velocidade de operação desses dispositivos.
A formação de um superfluido envolve o movimento correlacionado de muitos constituintes microscópicos dentro de uma grande coleção de partículas da mecânica quântica.
“Os gases diluídos de átomos ultracold, entretanto, permitem medições da 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 de Fermi), para estudar como as correlações necessárias para formar um superfluido se acumulam após uma súbita extinção das interações. Isso tira o sistema do equilíbrio.”
“Ao medir a dinâmica subsequente à medida que o sistema retorna ao equilíbrio, podemos resolver as diferentes escalas de tempo envolvidas, para as várias correlações se acumularem. Essas escalas de tempo dependem das escalas de comprimento correspondentes, com correlações de curto alcance e formação de pares se desenvolvendo rapidamente, enquanto o geral a distribuição do momento 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 as 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 reforçado quando os átomos formam pares.
“Dynamics of a Fermi Gas Quenched to Unitarity” foi publicado na Physical Review Letters em setembro de 2021.
Publicado em 26/09/2021 00h47
Artigo original:
Estudo original: