Los investigadores en Florencia e Innsbruck han simulado un fenómeno físico en un gas cuántico atómico que también se puede observar en el borde de algunos sistemas de materia condensada: corrientes quirales. Los científicos han publicado el experimento, que abrirá nuevas puertas para el estudio deestados exóticos en materia condensada, en el diario Ciencia
La física de la materia condensada sigue siendo un campo de estudio con muchos acertijos por resolver. Nuevos estudios han sido posibles debido a los avances en la física cuántica experimental. En particular, los átomos ultrafríos en redes ópticas y un entorno totalmente ajustable y controlable representan un sistema idealpara estudiar la física de los problemas de la materia condensada. Uno de estos fenómenos se puede observar en relación con el efecto Hall cuántico: cuando ciertos materiales están sujetos a un campo magnético fuerte, los electrones ya no pueden moverse en una dirección circular singular en los bordes, pero repetidamenterebotar contra el borde, donde se reflejan.
Esto corresponde a las trayectorias de salto. Como consecuencia macroscópica, las llamadas corrientes quirales, que se mueven en la dirección opuesta en los bordes opuestos, se pueden observar en los límites de tales materiales bidimensionales ". Se podría comparar con un río dondelos peces nadan hacia la derecha en un banco y hacia la izquierda en el otro banco ", explica el físico teórico Marcello Dalmonte del Instituto de Física Teórica de la Universidad de Innsbruck y miembro del grupo de investigación de Peter Zoller en el Instituto de Óptica Cuántica yInformación cuántica de la Academia de Ciencias de Austria.
Saltando átomos
Hace ya diez años, el equipo de investigación de Peter Zoller propuso una forma de simular las corrientes quirales con átomos neutros. Esta idea combinada con el enfoque de la dimensión sintética, presentada por el grupo de Barcelona en el ICFO, fue recogida e implementada por físicos en EuropaLaboratorio de espectroscopía no lineal LENS en Florencia en colaboración con físicos teóricos en Innsbruck. En su experimento, los científicos confinaron un gas ultrafrío de átomos de iterbio en una red óptica generada por rayos láser. Como es difícil reproducir la estructura de dos dimensionesEn los sistemas de materia condensada, los físicos utilizan un nuevo enfoque: utilizaron una cadena de átomos unidimensional y produjeron la segunda dimensión sintéticamente. La dinámica a lo largo de la dimensión sintética se genera mediante saltos inducidos por láser entre dos o tres estados de espín internos.
"Desde una perspectiva teórica, este salto a diferentes estados internos de espín representa el mismo concepto que el salto geométrico de electrones en los bordes de un sistema de materia condensada", explica Marcello Dalmonte. Junto con Marie Rider y Peter Zoller, Marcello Dalmonte estableció elbase teórica para el experimento y sugirió cómo observar este fenómeno. Las observaciones publicadas en Science muestran que las partículas se mueven principalmente hacia la derecha en un borde y hacia la izquierda en el otro borde ". Este comportamiento es muy similar a las corrientes quirales conocidas enfísica de la materia condensada ", dice Dalmonte. Esta simulación de efectos exóticos abre nuevas formas para que los investigadores estudien otros fenómenos físicos nuevos, por ejemplo, en relación con los efectos cuánticos de Hall, el estudio de los anyons en los sistemas atómicos. Estas cuasi partículas exóticas sonsugirió ser adecuado como el bloque de construcción principal para las computadoras cuánticas topológicas.
Los investigadores cuentan con el apoyo, entre otros, del Fondo de Ciencia de Austria FWF, el Consejo Europeo de Investigación ERC y la Unión Europea.
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Materiales proporcionado por Universidad de Innsbruck . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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