Densità di particelle legate al decadimento del nodo quantistico (a sinistra), che ha sorpreso i ricercatori slegandosi dopo pochi microsecondi e trasformandosi infine nel vortice di spin (a destra). Credito:Tuomas Ollikainen/Aalto University
Un gas quantistico può essere legato in nodi usando campi magnetici. I nostri ricercatori sono stati i primi a produrre questi nodi nell'ambito di una collaborazione tra la Aalto University e l'Amherst College, NOI., e ora hanno studiato come si comportano i nodi nel tempo. Il risultato sorprendente è che i nodi si sciolgono in un breve lasso di tempo, prima di trasformarsi in un vortice.
La ricerca è stata condotta principalmente da Tuomas Ollikainen, un dottorato di ricerca studente all'università di Aalto che divideva il suo tempo tra lo svolgimento di lavori sperimentali ad Amherst nel Massachusetts, e analizzando i dati e sviluppando le sue teorie ad Aalto.
"Non eravamo stati in grado di studiare sperimentalmente le dinamiche di questo tipo di strutture tridimensionali prima, quindi questo è il primo passo in questa direzione." dice Ollikainen. "Il fatto che il nodo decada è sorprendente, poiché le strutture topologiche come i nodi quantistici sono tipicamente eccezionalmente stabili. È anche eccitante per il campo perché la nostra osservazione che un difetto quantistico tridimensionale decade in un difetto unidimensionale non è mai stata vista prima in questi sistemi di gas quantistici'
Controllo dei gas quantistici
I ricercatori sperano che il loro nuovo studio apra nuove strade alla ricerca sperimentale. Una delle scoperte chiave nello studio è stata la possibilità di avere un migliore controllo sullo stato del gas quantistico, che ha permesso loro di rilevare i cambiamenti nella sua struttura, come il decadimento dei nodi e la formazione del vortice.
Il set-up sperimentale all'Amherst College dove vengono prodotti i gas quantistici. Credito:David Hall/Amherst College
"Naturalmente si possono simulare queste cose, ma in realtà creare nodi quantistici non è così facile. Essendo in grado di controllare meglio l'ambiente, possiamo esplorare diversi effetti e capire di più su questi entusiasmanti sistemi quantistici". dice a Ollikainen.
"Quando abbiamo legato i nodi quantici nel 2016, è stata la prima realizzazione di strutture topologiche a avvolgimento tridimensionale. Era come respirare l'aria di un altro pianeta per la prima volta. Incredibile." afferma il prof. Mikko Möttönen, capo del gruppo Quantum Computing and Devices dove lavora Ollikainen.
"So che molti ricercatori hanno prestato attenzione al nostro lavoro e hanno tratto ispirazione per provarlo in tipi di sistemi completamente diversi. Sarebbe bello vedere questa tecnologia essere utilizzata un giorno in un'applicazione pratica, cosa che potrebbe benissimo accadere. I nostri ultimi risultati mostrano che mentre i nodi quantistici nei gas atomici sono eccitanti, devi essere veloce nell'usarli prima che si sleghino. Quindi è probabile che le prime applicazioni si trovino in altri sistemi, " dice Möttönen.
