Recientemente, investigadores de Harvard y MIT lograron atrapar un récord de 53 átomos y controlar individualmente su estado cuántico, realizando lo que se llama un simulador cuántico. Sus experimentos en este sistema, presentados en julio de 2017 en una conferencia en Trieste, revelaron completamente inesperadososcilaciones periódicas en la dinámica de los átomos que interactúan. Ahora, un equipo internacional de investigadores, incluidos Alexios Michailidis y Maksym Serbyn del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria IST Austria, así como investigadores de la Universidad de Leeds y la Universidad de Ginebra, han resuelto el misterio de estas oscilaciones previamente inexplicables. La explicación teórica que propusieron introduce un concepto de una "cicatriz cuántica de muchos cuerpos" que altera nuestra comprensión de la dinámica que es posible en los sistemas cuánticos de muchos cuerpos.
Imagina una pelota rebotando en un estadio ovalado. Rebotará caóticamente, hacia adelante y hacia atrás a través del espacio disponible. Como su movimiento es aleatorio, tarde o temprano visitará todos los lugares del estadio. Sin embargo, en medio de todo el caos, podría haber un potencial de orden: si la pelota golpea la pared en un lugar especial y en el ángulo de incidencia "correcto", podría terminar en una órbita periódica, visitando los mismos lugares en el estadio una y otra vez.y no visitar a los demás. Una órbita tan periódica es extremadamente inestable, ya que la más mínima perturbación desviará la pelota de su pista y volverá a una reflexión caótica alrededor del estadio.
La misma idea es aplicable a los sistemas cuánticos, excepto que en lugar de una bola rebotando, estamos mirando una onda, y en lugar de una trayectoria, estamos observando una función de probabilidad. Las órbitas periódicas clásicas pueden hacer que una onda cuántica seaconcentrado en su vecindad, causando una característica similar a una "cicatriz" en una probabilidad que de otro modo sería uniforme. Tales impresiones de órbitas clásicas en la función de probabilidad se han denominado "cicatrices cuánticas". Sin embargo, se esperaba que el fenómeno ocurriera conuna sola partícula cuántica, ya que la complejidad del sistema aumenta drásticamente con cada partícula adicional, lo que hace que las órbitas periódicas sean cada vez más improbables.
"En general, la gente asumió que era imposible que los sistemas de muchos cuerpos tuvieran cicatrices cuánticas, y cuando las personas vieron por primera vez las oscilaciones no pudieron explicarlo", dice Maksym Serbyn, profesor de IST Austria y coautor del estudio."Al extender el concepto de cicatrices a los sistemas cuánticos de muchos cuerpos, pudimos explicar por qué estas oscilaciones están ahí", agrega.
En el estudio, que fue publicado en Física de la naturaleza , los investigadores explican la observación experimental con la aparición de cicatrices cuánticas de muchos cuerpos. También identifican la órbita periódica inestable de muchas partículas detrás del comportamiento de la cicatriz como la oscilación coherente de los átomos entre los estados excitado y fundamental. Intuitivamente, el cuánticoLa cicatriz de muchos cuerpos puede verse como una parte del espacio de configuración que está hasta cierto punto "protegido" del caos, lo que conduce a una relajación mucho más lenta.En otras palabras: el sistema tarda más en volver al caos, el estado de equilibrio.
"Todavía no sabemos qué tan comunes son las cicatrices cuánticas de muchos cuerpos, pero hemos encontrado un ejemplo, y este es un cambio de paradigma", dice Serbyn. Pero queda mucho por descubrir.Aún no comprendemos todas las propiedades de las cicatrices cuánticas de muchos cuerpos, pero hemos explicado con éxito los datos. Esperamos que una mejor comprensión de las cicatrices cuánticas proporcione una forma de proteger los sistemas cuánticos de la relajación ".
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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