Uno studio condotto da Monash sviluppa un nuovo approccio per osservare direttamente i correlati, stati a molti corpi in un sistema eccitone-polaritone che vanno oltre le teorie classiche.

Lo studio amplia l'uso della teoria dell'impurità quantistica, attualmente di notevole interesse per la comunità dei fisici dell'atomo freddo, e attiverà esperimenti futuri che dimostreranno correlazioni quantistiche a molti corpi di polaritoni di microcavità.

Esplorazione dei fluidi quantistici

"Eccitoni-polaritoni forniscono un parco giochi in cui è possibile esplorare fluidi quantistici a temperatura ambiente, e le nuove proprietà dei sistemi di non equilibrio a molti corpi, ", afferma l'autore dello studio A/Prof Meera Parish.

Però, nonostante la loro intrinseca natura quantistica di sovrapposizioni di materia e luce, i risultati più recenti possono essere descritti attraverso la fisica del non lineare, onde classiche.

Il nuovo studio mostra come si può sondare oltre le correlazioni quantistiche del campo medio in un sistema di polaritoni a molti corpi attraverso la fisica dell'impurità quantistica, dove un'impurità mobile è vestita da eccitazioni di un mezzo quantomeccanico, formando così una nuova quasiparticella polaronica che sfida una descrizione di campo medio.

"Osservare oltre il comportamento quantistico correlato al campo medio con i polaritoni è una pietra miliare importante verso l'utilizzo dei polaritoni per le tecnologie quantistiche, " spiega l'autore principale Dr. Jesper Levinsen, che è un ARC Future Fellow e collaboratore di A/Prof Parish presso la School of Physics and Astronomy della Monash University.

A livello di poche particelle, ci sono stati recentemente progressi nell'ottenere un debole blocco anti-ammassamento e polaritone in una cavità della fibra, dove il confinamento dei fotoni aumenta le non linearità.

Allo stesso modo, spettroscopia multidimensionale complessa è stata utilizzata per studiare le correlazioni quantistiche. Però, gli esperimenti che dimostrano al di là del comportamento quantistico correlato al campo medio a livello di molti corpi rimangono ancora sfuggenti.

Lo studio fornisce un percorso alternativo per esplorare tali correlazioni, utilizzando metodi di spettroscopia pump-probe, che sono già stati dimostrati da esperimenti.

"I nostri risultati corrispondono ai risultati di questi esperimenti, ma mostrano che gli esperimenti hanno finora mancato il regime in cui si possono vedere le correlazioni quantistiche multipunto, " dice il dottor Levinsen.

Lo studio

"Le firme spettroscopiche delle correlazioni quantistiche a molti corpi nelle microcavità dei polaritoni" è stato pubblicato in Lettere di revisione fisica a dicembre 2019.

Oltre al supporto dell'Australian Research Council (Centres of Excellence and Future Fellowship), il sostegno finanziario è stato fornito dal Ministerio de Economia Competitividad (MINECO), l'Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) e la Simons Foundation, e il lavoro è stato svolto presso l'Aspen Center for Physics.

Parish e Levinsen sono fisici teorici che studiano e descrivono matematicamente il comportamento di grandi gruppi di particelle quantistiche interagenti, come atomi o elettroni, che può esibire comportamenti esotici, come la superfluidità dove scorrono senza incontrare resistenza.

A/Prof Parish è il principale ricercatore attuale che studia come un comportamento collettivo così complesso emerga dalle proprietà di piccoli gruppi di particelle quantistiche (un campo noto come fisica a pochi corpi).

Questo lavoro amplia la nostra conoscenza fondamentale della fisica quantistica in sistemi che vanno dai gas atomici freddi ai semiconduttori allo stato solido, e ha il potenziale per sostenere una nuova generazione di resistenza quasi zero, dispositivi elettronici a bassissima energia, ricercato da FLEET.