Rappresentazione schematica di un sistema a doppio dominio di spin accoppiato ad un singolo serbatoio. Qui denotiamo il primo dominio di spin contenente gli spin N1 come D1 dove gli spin sono mostrati come frecce rosse, il secondo dominio di spin 2 con spin N2 è etichettato come D2 con gli spin rappresentati dalle frecce blu. In entrambi i domini, ogni spin si accoppia al serbatoio bosonico (a temperatura T ) con la costante di accoppiamento g. Credito:arXiv:1612.08963 [quant-ph]
Un team di ricercatori di diverse istituzioni in Giappone ha descritto un sistema fisico che può essere descritto come esistente al di sopra del "caldo assoluto" e anche al di sotto dello zero assoluto. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica , il gruppo delinea le proprie idee sugli spin collettivi nei sistemi a doppio dominio e sulle situazioni interessanti che possono verificarsi al loro interno.
Il concetto di temperatura si è evoluto in un periodo di tempo molto lungo, dalle descrizioni di semplici sensazioni agli stati teorici dei sistemi fisici. Nella loro carta, i ricercatori con questo nuovo sforzo descrivono la loro indagine sul rilassamento nei doppi spin collettivi in un sistema a doppio dominio e alcune configurazioni che possono risultare in determinate circostanze estreme. Di particolare interesse sono le situazioni che coinvolgono domini di spin in configurazioni antiparallele, quale, quando sbilanciato, può finire per rilassarsi verso uno stato di temperatura negativa. A prima vista, un tale evento sembrerebbe impossibile, perché suggerisce che c'è una circostanza in cui un po' di materiale potrebbe essere raffreddato al di sotto dello zero assoluto, quale, Certo, va contro la comprensione corrente, ma la teoria suggerisce che sia possibile.
L'idea di uno stato di temperatura negativo viene utilizzata dai ricercatori come spiegazione di un evento nel mondo reale:inversione della popolazione, in cui gli atomi vengono spinti da un livello energetico inferiore a un livello energetico superiore e quindi lasciati ricadere, con conseguente emissione di luce. Ecco come funzionano i puntatori laser. Quando i fisici scoprirono che una tale proprietà era possibile, hanno dato un'altra occhiata al giro, che conferisce agli atomi le loro proprietà magnetiche, e ha scoperto che i sistemi di spin potrebbero essere persuasi a comportarsi in più modi di quanto si ritenesse possibile - alcuni sono stati trovati addirittura invertiti, che potrebbe portare a un sistema che scorre naturalmente verso l'alto nei livelli di energia.
In questo nuovo sforzo, i ricercatori segnalano la possibilità di sacche di atomi, due in questo caso, avere spin che condividono un serbatoio, e che hanno una temperatura fissa. Quando le due tasche sono della stessa dimensione, la matematica ha mostrato, metà degli spin finisce in uno stato più alto, e l'altra metà nello stato inferiore. Ma quando le tasche sono di dimensioni diverse, le rotazioni finiscono per fluire verso lo stato superiore, rendendo una tasca più invertita dell'altra, portando all'idea di temperature negative.
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