Bloch-oszcillációk: A klasszikus fizika határán túl
A kvantumrészecskék különleges viselkedése régóta izgatja a kutatókat, különösen, ha ezek a visszatérő mozgásokat valamilyen állandó erő hatására egy ismétlődő energiatérben végzik. Ezeket nevezzük Bloch-oszcillációknak, melyek jelentősek, mivel klasszikus mechanikával nem magyarázhatók. Korábban az ilyen ingázásokat jellemzően egy vagy két részecskéből álló rendszerekben figyelték meg. Nagy áttörés azonban, hogy már kvantum soktest-problémákban, azaz több részecske kollektív mozgásaként is megjelenik ez a jelenség.
Kísérleti áttörés a kollektív oszcillációk területén
A párizsi CNRS-ENS-PSL University és a Sorbonne University fizikusai első alkalommal jelentettek sikeres kísérletet, amelyben egydimenziós Bose-gázban, vagyis ugyanazon kvantumállapotot elfoglalni képes bosonikus részecskékből álló kvantumfolyadékban figyelték meg a kollektív Bloch-oszcillációkat. Egyedülálló módon a kísérlet során közel 1000 ultrahideg atom „hintázott” egységesen egy hullámcsomagban, miközben a többi atom „fürdőként” vette körül őket. Az atomokat lézeres csapdákkal rögzítették, a kívánt külső erőt pedig precízen szabályozták – így végre több részecskés rendszerekben is mérni lehetett az oszcillációkat.
Új lehetőségek a kvantum soktest-kutatásban
Bár elméleti magyarázatok már korábban is születtek, most először nyílt lehetőség a kollektív Bloch-oszcillációk kísérleti igazolására ilyen nagyléptékű kvantumfolyadékban. Különösen jelentős, hogy a kutatók eredményei szerint a megfigyelt „hintázó” hullámcsomag egy mágneses szoliton – ez egy nagyobb család konkrét példája, amely további felfedezésekre ad lehetőséget. Ráadásul a kutatók kör alakú geometriában is vizsgálták a mozgást, ahol a Bloch-oszcillációk és a szuperfolyadék-áramok érdekes kölcsönhatásait is feltárták.
Kitekintés: szuperfolyékony sodródás
Mindezek alapján elmondható, hogy a kifejlesztett új kísérleti platform komoly áttörést jelent a modern, erősen kölcsönható kvantumrendszerek célzott vizsgálatában. A jövőbeli kutatások a mágneses szolitonok dinamikájára összpontosítanak, ami várhatóan még több meglepő kvantumhatás felfedezéséhez vezet majd – a vizsgálatok pedig közelebb visznek a kvantumanyagok legmélyebb titkainak megfejtéséhez.
