Riga superiore:diverse immagini che mostrano la distribuzione del momento atomico per diversi tempi di evoluzione. Inizialmente, gli atomi formano un condensato di Bose-Einstein (BEC). Quando intrappolato da un reticolo ottico, la distribuzione del momento BEC mostra un modello di interferenza simile a Bragg che mostra una coerenza di fase spazialmente estesa. L'emissione spontanea distrugge progressivamente la coerenza di fase, e la distribuzione del momento evolve verso un'ampia distribuzione senza caratteristiche di Bragg. Il pannello principale mostra che questo decadimento si verifica come una legge di potenza (linea continua) per un sistema interagente. Questo contrasto con il familiare decadimento esponenziale previsto per atomi indipendenti, mostrato come linea tratteggiata. qui sp =500 s- 1 è il tasso di emissione spontanea indotta dal laser di eccitazione. Credito:Bouganne et al.
Nella fisica quantistica, alcuni degli effetti più interessanti sono il risultato di interferenze. decoerenza, o perdita di coerenza, si verifica quando un sistema quantistico alla fine perde la capacità di produrre interferenze, a causa di rumore esterno o accoppiamento ad un sistema più grande e non monitorato (cioè l'ambiente circostante).
Mentre molti studi hanno studiato la decoerenza in sistemi semplici e ben isolati, come singoli atomi o ioni, finora si sa molto poco sulla decoerenza nei sistemi a molti corpi. Molti sistemi corporei sono sistemi costituiti da molte particelle interagenti, in cui le correlazioni e le interazioni interparticellari possono alterare drasticamente la dinamica dissipativa.
Un team di ricercatori del Collège de France e del Laboratoire Kastler Brossel (un'unità di ricerca congiunta tra CNRS e ENS-Paris Sciences et Lettres e Sorbonne Université) in Francia ha recentemente iniziato a studiare la decoerenza di un sistema dissipativo a molti corpi, in particolare un gas costituito da bosoni fortemente interagenti. Il loro studio, in primo piano Fisica della natura , si inserisce in una linea di ricerca più generale che si concentra sulla decoerenza nei sistemi quantistici.
Studi precedenti suggeriscono che esiste una profonda connessione tra la decoerenza ei processi di misurazione solitamente impiegati nella meccanica quantistica. I ricercatori hanno basato il loro studio su questa importante scoperta e hanno cercato di usarla per raccogliere osservazioni sulla decoerenza nei sistemi a molti corpi.
"Mentre il fenomeno della decoerenza è ben noto per i sistemi quantistici semplici, come un atomo o uno ione, lo studio dei sistemi a molti corpi contenenti un numero molto elevato di particelle è appena iniziato, " disse Gerbier. "In parte, ciò è dovuto alla difficoltà di modellare il comportamento di non equilibrio dei sistemi a molti corpi, un campo che ha progredito solo di recente. Il nostro lavoro è stato motivato dalla teoria sviluppata da D. Poletti e coautori nel gruppo di Corinna Kollath e Antoine Georges."
Mentre conducevano il loro studio, Gerbier e i suoi colleghi hanno avuto diverse discussioni approfondite con Kollath e Georges sulla loro teoria, che hanno quindi svolto un ruolo importante nel loro lavoro. Nei loro esperimenti, Gerbier e i suoi colleghi hanno posizionato un gas composto da molti bosoni fortemente interagenti in un reticolo ottico che è stato esposto a un debole raggio laser quasi risonante. Il gas quantico che usavano era costituito da atomi bosonici di itterbio.
Il laser che hanno usato promuove continuamente gli atomi dallo stato fondamentale elettronico a uno stato eccitato, da cui ricadono allo stato fondamentale emettendo un fotone spontaneo. Questa particolare configurazione corrisponde a una misurazione debole e sintonizzabile sperimentalmente delle posizioni degli atomi.
"L'emissione spontanea è una meccanica da manuale per la decoerenza, "Spiega Gerbier. "Trasforma un'oscillazione di Rabi di coerenza in un decadimento esponenziale e distrugge anche la coerenza di fase spaziale tra i diversi punti che esistono in un'onda di materia macroscopica come i condensati di Bose-Einstein realizzati nei nostri esperimenti".
interessante, Gerbier e i suoi colleghi hanno osservato una subdiffusione anomala nello spazio del momento, che alla fine riflette l'emergere di stati a molti corpi lentamente rilassanti nel gas. Questi stati sono simili agli stati subradianti di molti emettitori eccitati.
Essenzialmente, i ricercatori hanno scoperto che la decoerenza è più lenta per un sistema a molti corpi fortemente interagente rispetto a un insieme di singole particelle indipendenti. Invece del decadimento esponenziale standard trovato nelle singole particelle, hanno osservato un decadimento algebrico (cioè una legge di potenza) e una coerenza a corto raggio che persiste più a lungo di quanto avverrebbe se gli atomi non interagiscono.
Questa scoperta potrebbe avere importanti implicazioni per lo studio dei sistemi aperti a molti corpi, offrendo un punto di riferimento per le future indagini. Comportamenti simili alla legge di potenza sono stati notati negli studi teorici di diversi sistemi a molti corpi, come le catene di spin nel campo magnetico fluttuante o l'influenza delle interazioni dipolo-dipolo sugli orologi ottici, ma non sono ancora stati osservati sperimentalmente.
"Ora abbiamo in programma di studiare ulteriormente come il rilassamento e la decoerenza influenzino le proprietà dei sistemi quantistici a molti corpi, utilizzando la flessibilità degli atomi ultrafreddi per farlo (variando la geometria, dimensionalità, i meccanismi di decoerenza, eccetera..), " ha detto Gerbier.
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