Vi er med ved fødslen af en kvasipartikel
Der findes myriader af forskellige partiker i naturen. På et fundamentalt niveau består alt af elementarpartikler som f.eks. elektroner eller kvarker, og atomer og molekyler udgør endvidere byggestenene for al stof her på jorden. De såkaldte kvasipartikler er måske mindre kendte men mindst lige så vigtige. Kvantemekanikken fortæller os nemlig, at eksiterede tilstande af systemer, der i sig selv består af trillioner af partikler, kan opføre sig som én enkelt partikel, der dog typisk har ret bizarre egenskaber som f.eks. en negativ masse. Man kalder disse tilstande for kvasipartikler, og deres eksistens har vidtrækkende konsekvenser for vores forståelse af naturen. Kvasipartikler er blevet observeret i talrige eksperimenter, typisk ved at se på de spor, de efterlader sig i et materiale. Det har dog indtil for nyligt været en fjern drøm at se direkte, hvordan kvasipartikler rent faktisk skabes ud fra de trillioner af underliggende partikler.
Tre forskergrupper fra “Center for Complex Quantum Systems (CCQ)” ved Aarhus Universitet har nu i samarbejde fået drømmen til at gå i opfyldelse. Eksperimentet, ledet af Jan Arlt, er baseret på en eksotisk tilstand af stof – et såkaldt Bose-Einstein kondensat, der dannes ved ekstremt lave temperaturer, ca. en million gange koldere end det interstellare rum. "Ved at ændre kvantetilstanden for nogle få atomer i kondensatet kunne vi observere dannelsen af en kvasipartikel kaldet Bose-polaronen” forklarer Jan Arlt. Bose-polaronen spiller en central rolle i naturen, fordi den dannes, når en elektron vekselvirker med omgivelserne i mange helt almindelige materialer. Den bestemmer derfor egenskaberne af en lang række stoffer, ofte med teknologiske anvendelser, såsom ledningsevne og superledning.
V.h.a. sofistikeret laser- og kvanteteknologi har Jan Arlts gruppe observeret, hvordan Bose-polaronen dannes – de har så at sige taget en ”film” af dens fødsel i Bose-Einstein kondensatet. Dette er helt umuligt i konventionelle materialer og kan heller ikke simuleres af selv den kraftigste computer. Georg Bruun, som leder af en af teorigrupperne i forskningssamarbejdet, forklarer at ”På den måde illustrerer Aarhus-eksperimentet, hvordan Bose-Einstein kondensater kan bruges som kvantesimulatorer til at udforske komplekse materialers egenskaber, der ligger udenfor klassiske computeres rækkevidde. Vi har allerede nu fået vigtig ny viden fra eksperimentet, som forbedrer vores forståelse af kvasipartikler betragteligt".
”Den evne til at måle Bose-polaronens dynamiske egenskaber, vi har demonstreret i Aarhus, udgør et markant fremskridt med vidtrækkende perspektiver” siger Thomas Pohl, der er leder af CCQ og desuden står bag den anden teorigruppe i samarbejdet. Grundforskningscenteret vil nu gå videre med forskningen og planlægger at manipulere kvasipartiklerne direkte med lasere. Forskerne håber på den måde at bruge kvanteteknologi og simulering til at kontrollereog designe materialer med helt nye egenskaber, der kan have vidtrækkende teknologiske perspektiver.
Artiklen i Nature Physics kan hentes her.
Billedtekster:
Et atom (rød kugle) skaber bølger i det omkringliggende Bose-Einstein kondensat (blå baggrund), hvorved en kvasipartikel skabes. Processen ligner den, hvormed en elektron bevæger sig igennem et fast stof samtidig med, at den deformerer den underliggende krystalstruktur (indsæt). Illustration: CCQ, AU.
Den del af Aarhus-eksperimentet, hvor atomerne i første omgang fanges og køles ned. Foto: Lars Kruse/AU foto.
Nøgleord
Kontakter
Thomas Pohl pohl@phys.au.dk
Ole J. Knudsen ojk@phys.au.dk
Links
Information om Aarhus Universitet Natural Sciences
Følg pressemeddelelser fra Aarhus Universitet Natural Sciences
Skriv dig op her, og modtag pressemeddelelser på e-mail. Indtast din e-mail, klik på abonner, og følg instruktionerne i den udsendte e-mail.
Flere pressemeddelelser fra Aarhus Universitet Natural Sciences
Ny indsigt i kolesterols dynamik kaster lys over neurodegenerativ sygdom8.4.2024 09:43:27 CEST | Pressemeddelelse
Forståelsen af kolesterolbalancen i celler åbner op for nye perspektiver på den neuro-degenerative sygdom Niemann-Pick type C, der også kaldes "børne-demens". Disse resultater udgør et betydningsfuldt skridt i retning af at behandle denne sygdom.
Stjernen Epsilon Indi skælver ganske svagt - vi er et skridt nærmere på at forstå de stjerner, som ligner Solen27.3.2024 16:29:52 CET | Pressemeddelelse
En række Aarhus-forskere er dybt involverede den nye opdagelse.
De første mennesker kom til Europa for mindst 1,4 mio. år siden – fra øst6.3.2024 17:00:00 CET | Pressemeddelelse
Dateringer af jordlag med primitive stenredskaber i det vestlige Ukraine viser, at menneskeslægten – sandsynligvis i form af arten Homo erectus – var til stede i Europa allerede for 1,4 millioner år siden. De er 2-300.000 år ældre end de hidtil ældste fund i Spanien og Frankrig, og kaster nyt lys over menneskets kolonisering af det europæiske kontinent.
Ny opdagelse viser, hvordan celler forsvarer sig i stressede situationer27.2.2024 11:23:23 CET | Pressemeddelelse
En ny undersøgelse foretaget af et internationalt forskerhold afslører, hvordan vores celler forsvarer sig i stressede situationer. Forskningen viser, at en lille ændring i det genetiske materiale, kaldet ac4C, fungerer som en afgørende forsvarer, der hjælper celler med at skabe beskyttende tilflugtssteder kendt som stressgranuler. Disse stressgranuler sikrer vigtige genetiske instruktioner, når cellen står over for udfordringer. De nye resultater kan hjælpe med til at vise nye metoder til at behandle sygdomme.
Fremmede planteædere er lige så gode for lokale planter som hjemmehørende arter19.2.2024 11:16:59 CET | Pressemeddelelse
Nyt stort studie viser, at ideen om, at hjemmehørende dyr er bedre for det lokale økosystem end introducerede arter, er forkert. I stedet er det dyrenes måde at søge føde på, der har betydning.
I vores nyhedsrum kan du læse alle vores pressemeddelelser, tilgå materiale i form af billeder og dokumenter samt finde vores kontaktoplysninger.
Besøg vores nyhedsrum