Due ricercatori dell'Università di Heidelberg hanno sviluppato un sistema modello che consente una migliore comprensione dei processi in un esperimento quantistico-fisico con atomi ultrafreddi. Utilizzando metodi assistiti dal computer, Il prof. Dr. Sandro Wimberger e David Fischer dell'Istituto di fisica teorica hanno scoperto leggi fisiche che indicano le proprietà universali di questo sistema. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Annalen der Physik .

A determinate condizioni, le piccole particelle seguono leggi fisiche completamente diverse da quelle a cui siamo abituati. "Osservando tali fenomeni quanto-fisici, però, a volte è difficile e richiede di lavorare con sistemi piccoli e isolati e di investigarli. Ma il perfetto isolamento dall'ambiente non è mai possibile, quindi le influenze esterne possono facilmente distruggere lo stato fragile del sistema quantistico, " spiega l'autore principale David Fischer, uno studente di fisica all'Università di Heidelberg. Per esperimenti in questo campo, tenere sotto controllo tali interruzioni è di grande interesse. "Questo controllo ci consente non solo di garantire la coerenza del sistema, ma può anche essere utilizzato selettivamente per effettuare condizioni speciali, " sottolinea il prof. Wimberger.

Gli atomi ultrafreddi riempiti nei cosiddetti pozzi potenziali hanno dimostrato di essere oggetti di prova adatti in molti esperimenti. Una speciale configurazione laser viene utilizzata per generare una barriera che blocca gli atomi in una piccola area. Se più pozzi vengono poi avvicinati abbastanza, gli atomi hanno la capacità di "tunnel" da un pozzo in uno adiacente. Sono ancora intrappolati nei pozzi, ma può passare da un pozzo all'altro, secondo i fisici di Heidelberg. La temperatura degli atomi, che è appena sopra lo zero assoluto a -273,15 gradi Celsius, favorisce questo comportamento quantomeccanico.

Nello sviluppo del loro sistema modello, David Fischer e Sandro Wimberger hanno riprodotto un esperimento condotto presso l'Università tecnica di Kaiserslautern. Là, è stato studiato il comportamento degli atomi freddi in una catena di potenziali pozzi. I ricercatori hanno riempito la catena di atomi, svuotato il pozzo centrale, e lo guardai riempirsi di atomi dagli altri pozzi. "I risultati di questo studio suggeriscono che la decoerenza, cioè interferenza esterna, gioca un ruolo fondamentale in questo processo. Ciò che non è chiaro è quali processi microscopici il sistema quantistico utilizza per interagire con l'ambiente, "dice David Fischer.

Nella loro simulazione assistita da computer del processo di ricarica, i due ricercatori di Heidelberg hanno testato varie ipotesi ed esplorato quali processi hanno effettivamente influenzato il comportamento del sistema modello. Tra l'altro, hanno notato che il tempo necessario per il processo di ricarica variava in base ai parametri del sistema. Questa durata segue una legge di potenza, a seconda del tasso di decoerenza specificato dai ricercatori. "In fisica, questo è spesso segno di un comportamento universale del sistema valido per tutte le scale, quindi semplificando il problema complessivo, " afferma il prof. Wimberger.