Schizzo dell'allestimento sperimentale. Gli atomi sono intrappolati in un singolo strato di un attraente reticolo ottico sovrapposto con una pinzetta ottica strettamente focalizzata (a, superiore). La degenerazione del confinamento armonico effettivamente bidimensionale porta alla formazione di una struttura a guscio non banale (a, parte inferiore). Immagine binaria del sistema a guscio chiuso N =6 acquisita con una singola fotocamera EMCCD a conteggio di fotoni dopo un'espansione del tempo di volo (b). Estraiamo i momenti dell'atomo cercando i massimi locali nell'immagine filtrata passa-basso (c). Tutti i momenti sono tracciati in unità naturali del confinamento dell'oscillatore armonico. Per rivelare le correlazioni tra le particelle sottraiamo il centro di movimento della massa (1) e ruotiamo su un asse di simmetria comune (2). Credito:arXiv:2005.03929 [cond-mat.quant-gas]
Un team di ricercatori dell'Università di Heidelberg è riuscito a costruire un apparato che ha permesso loro di osservare per la prima volta i cristalli di Pauli. Hanno scritto un documento che descrive i loro sforzi e lo hanno caricato su arXiv server di prestampa.
Il principio di esclusione di Pauli è abbastanza semplice:afferma che non esistono due fermioni che possono avere lo stesso insieme di numeri quantici. Ma come per molti principi della fisica, questa semplice affermazione ha avuto un profondo impatto sulla meccanica quantistica. Guardando più da vicino il principio rivela che suggerisce anche che non ci sono due fermioni che possono occupare lo stesso stato quantistico. E questo significa che gli elettroni devono avere orbite diverse attorno a un nucleo, e per estensione, spiega perché gli atomi hanno volume. Questa comprensione dell'auto-ordinamento dei fermioni ha portato ad altre scoperte, ad esempio, che dovrebbero formare cristalli con una geometria specifica, che ora sono conosciuti come cristalli di Pauli. Quando questa osservazione è stata fatta per la prima volta, si è capito che tale formazione di cristalli poteva avvenire solo in circostanze uniche. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno risolto le circostanze, e così facendo, hanno costruito un apparato che ha permesso loro di osservare per la prima volta i cristalli di Pauli.
Il lavoro ha coinvolto una configurazione che includeva laser in grado di intrappolare una nuvola di atomi di litio-6 superraffreddati al loro stato energetico inferiore, costringendoli ad aderire al principio di esclusione, in uno strato piatto spesso un atomo. Il team ha quindi utilizzato una tecnica che ha permesso loro di fotografare gli atomi quando si trovavano in un determinato stato, e solo quegli atomi. Hanno quindi usato la fotocamera per scattare 20, 000 immagini, ma usava solo quelli che mostravano il giusto numero di atomi, indicando che stavano aderendo al principio di esclusione di Pauli. Prossimo, il team ha elaborato le immagini rimanenti per rimuovere l'impatto della quantità di moto complessiva nella nuvola atomica, li ha ruotati correttamente, e poi ne sovrappose migliaia, rivelando la distribuzione della quantità di moto dei singoli atomi:questo era il punto in cui le strutture cristalline iniziavano a emergere nelle fotografie, proprio come era previsto dalla teoria. I ricercatori fanno notare che la loro tecnica potrebbe essere utilizzata anche per studiare altri effetti relativi ai gas a base di fermioni.
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