Un team di ricercatori di diverse istituzioni in Germania e Austria ha sviluppato un mezzo per osservare direttamente le transizioni di fase quantistiche dinamiche in un sistema a molti corpi che interagisce. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica , il team descrive la creazione di un ambiente ultrafreddo unico che ha consentito di visualizzare la transizione di fase quantistica.

Le transizioni di fase sono comuni nel mondo osservabile:l'acqua si trasforma in ghiaccio, Per esempio. La maggior parte di questi tipi di transizioni si verificano a seguito di variazioni di temperatura. Ma i fisici sanno che possono esserci altri tipi di transizioni che si verificano a causa di cambiamenti di energia, che sono stati notoriamente descritti dal principio di indeterminazione di Heisenberg. Per eseguire esperimenti volti a testare tali transizioni, i ricercatori in genere devono sottoporli a condizioni prossime allo zero assoluto per evitare che le fluttuazioni termiche causino interferenze. In tali esperimenti, il tempo diventa il principale fattore di transizione, piuttosto che la temperatura.

Già nel 2013, un team di fisici teorici ha notato che sembravano esserci somiglianze tra l'operatore di evoluzione e la funzione di partizione. Il ruolo svolto dal tempo nell'evoluzione di un sistema quantistico isolato termicamente, essi mostrarono, era uguale alla temperatura inversa in un sistema che era all'equilibrio termico. I loro calcoli hanno mostrato che un sistema quantistico dovrebbe essere in grado di attraversare cambiamenti di stato di natura simile alle transizioni di fase. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno dimostrato che questa teoria è vera creando un modello di Ising a campo trasversale modificato e manipolando lo spin degli ioni trattenuti in un ambiente ultrafreddo.

Più specificamente, il team ha intrappolato stringhe di 10 ioni calcio-40 utilizzando un campo magnetico in un congelatore dove le temperature sono state ridotte quasi allo zero assoluto. All'inizio, gli spin erano tutti impostati per puntare nella stessa direzione. La squadra ha quindi cambiato casualmente gli stati di rotazione di ciascuno, portando il sistema fuori equilibrio, e osservò cosa accadde:la teoria aveva predetto che il sistema si sarebbe evoluto indietro nel tempo fino a un punto in cui tutti gli spin sarebbero stati nuovamente allineati; il team riferisce che i punti di rotazione si sono verificati nei tempi previsti, dimostrando che la teoria è corretta.

Si ritiene che la conferma della teoria porterà a una migliore comprensione del comportamento della materia quantistica e delle transizioni di fase in particolare.

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