Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

Bir dizi yakalama ve genişletme tekniği kullanan araştırmacılar, atomların uzamsal dağılımını 90 kata kadar büyüterek; atomların sayısını, aralarındaki korelasyonları ve oluşturdukları kalıpları eskisinden çok daha hassas bir şekilde ölçmeyi mümkün kılıyorlar. Teknik, daha önce erişilemeyen karmaşık fizik fenomenlerini keşfetmenin yollarını keşfetmemizi sağlayabilir.

Benzer kuantum fenomenlerini simüle etmek için yüksek düzeyde kontrollü laboratuvar deneylerini kullanmak, karmaşık kuantum davranışını anlamanın en belirgin ve umut verici yollarından biridir. Bu sözde kuantum simülasyon deneyleri örneğin; sayısal veya teorik yöntemlerin başarısız olduğu yoğun madde sistemlerinin dinamiklerini tam olarak simüle edebildikleri için özellikle yararlıdır.

Optik kafesler, potansiyel enerjide periyodik yumurta kartonu benzeri bir düşüş modeli üretmek için, bir dizi lazer ışını üst üste bindirilerek oluşturulur ve gazdaki atomların her düşüşte veya "yerde" tutulmasını sağlar.

Bu çalışmada kullanılan üç boyutlu kuantum gazının şeması. Birçok tek boyutlu kuantum gazının iki boyutlu bir kafes halinde düzenlendiği şema.

Bu kuantum simülatörlerinin olumlu özelliklerinden yararlanmak için, her bölgenin küçük uzunluk ölçeklerinde doğru bir şekilde görüntülenmesi gerekir. Her bölgenin tipik olarak tek bir atom tarafından işgal edildiği iki boyutlu kuantum gaz simülatörlerinde, sistemi daha küçük bir ölçekte yüksek optik çözünürlükle doğrudan görüntülemek için iyi kurulmuş mikroskopi teknikleri hali hazırda bulunmakta. Bununla birlikte 2D sistemler için mevcut mikroskopi teknikleri, örneğin tek bir bölgeyi işgal eden birçok atom nedeniyle, 3D sistemler içinde başarısız olur.

 Hamburg Üniversitesi’nden Christof Weitenberg, “Mikroskopi teknikleri, çok-vücutlu kuantum sistemlerini anlamak için çok önemlidir. Mevcut teknikleri hem yeni rejimlere hem de daha az teknik karmaşıklığa ulaştırmak istedik” açıklamasını yaptı.

Madde dalgasını büyütmek

Gündelik bir nesneyi görüntülemek için, ışığın dalga özelliklerinden yararlanarak optik görüntüsünü büyütmek için bir cam mercek kullanılır.  Hamburg grubu, 3 boyutlu kuantum gazlarını görüntülemek için gazın kendisinin dalga benzeri yapısından yararlanıyor ve büyüteç olarak madde-dalga merceğini kullanıyor. Bu lens camdan yapılmış fiziksel bir lens değildir; bunun yerine, gazın şeklini manipüle etmek için tasarlanmış bir dizi tekniktir. Başlangıçta, 3D kuantum gazı, yapıları bir mikrometreden daha az aralıklı olan bir optik kafes içinde sıkıca tutulur ve bu da yapıları doğrudan görüntülenemeyecek kadar küçük hale getirir.

Araştırmacılar, sabit bir süre için kapanın şeklini değiştirip gazın serbestçe genişlemesini sağlayarak kapanı tamamen kapatıyor ve gazın bir dizi geometri boyunca evrimleşmesine neden oluyorlar. Gaz orijinal şekline geri dönüyor, ancak belli başlı bir büyütme ile bu durum gerçekleşiyor. İşte, araştırmacılar ancak bundan sonra hassas ölçümler yapabilirler, hatta kafes bölgelerinin içindeki küçük atomik hareketi/hareketleri çözebilirler.

Hamburg Üniversitesi’nde doktora sonrası öğrenci ve araştırmanın ilk yazarı olan Luca Asteria, “Tekniğin her bir kafes bölgesine birkaç atom düşen 3D sistemler için çalıştığını gösterebiliyoruz. Şu ana kadar yüksek çözünürlüklü görüntülemenin mümkün olmadığı koşullar düşünüldüğünde bu heyecan verici bir şey” dedi.

Kaynak: https://physicsworld.com/a/new-technique-puts-3d-quantum-gases-under-the-microscope/

Makale: Nature Açık Erişim