Col tempo, la sfasatura a molti corpi elimina la somiglianza della quasiparticella con una singola particella. Credito:FLEET
In grandi sistemi di particelle interagenti in meccanica quantistica, emerge spesso un fenomeno intrigante:gruppi di particelle iniziano a comportarsi come particelle singole. I fisici si riferiscono a tali gruppi di particelle come "quasiparticelle".
Comprendere le proprietà delle quasiparticelle può essere la chiave per comprendere, ed eventualmente controllando, effetti quantistici tecnologicamente importanti come la superconduttività e la superfluidità.
Sfortunatamente, le quasiparticelle sono utili solo mentre sono in vita. È quindi particolarmente spiacevole che molte quasiparticelle muoiano giovani, durando lontano, molto meno di un secondo.
Gli autori di un nuovo studio condotto dalla Monash University pubblicato oggi in Lettere di revisione fisica indagare la domanda cruciale:come muoiono le quasiparticelle?
Al di là del solito sospetto - il decadimento di quasiparticelle in stati di energia inferiore - gli autori identificano un nuovo colpevole:la sfasatura a molti corpi.
Molti sfasamento corporeo
La sfasatura a molti corpi è il disordine delle particelle costituenti nella quasiparticella che si verifica naturalmente nel tempo.
All'aumentare del disturbo, la somiglianza della quasiparticella con una singola particella svanisce. Infine, l'inevitabile effetto della sfasatura a molti corpi uccide la quasiparticella.
Lungi da un effetto trascurabile, gli autori dimostrano che la sfasatura a molti corpi può persino dominare su altre forme di morte quasiparticellare.
Ciò è dimostrato dalle indagini su una quasiparticella particolarmente "pulita" - un'impurità in un gas atomico ultrafreddo - in cui gli autori trovano forti prove di sfasamento a molti corpi nei risultati sperimentali passati.
Due stati di spin (rosso e verde) di un'impurezza immersa in un mare di Fermi (blu) sono accoppiati e subiscono oscillazioni di Rabi con frequenza effettiva ? e tasso di smorzamento ΓR. Il tasso di smorzamento è dominato dalla sfasatura a molti corpi. Credito:FLEET
Gli autori si concentrano sul caso in cui il gas atomico ultrafreddo è un mare di Fermi. Un'impurità in un mare di Fermi dà origine a una quasiparticella nota come repulsivo polarone di Fermi.
Il repulsivo polarone di Fermi è una quasiparticella altamente complicata e ha una storia di eludere studi sia sperimentali che teorici.
Attraverso ampie simulazioni e nuove teorie, gli autori mostrano che un protocollo sperimentale stabilito - oscillazioni di Rabi tra stati di spin di impurità - mostra gli effetti della sfasamento di molti corpi nel repulsivo polarone di Fermi.
Questi risultati precedentemente non riconosciuti forniscono una forte evidenza che la sfasatura a molti corpi è fondamentale per la natura delle quasiparticelle.
Lo studio è stato condotto dalla Scuola di Fisica e Astronomia, Università di Monash, con coautori dell'Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Firenze, Italia, e Ludwig-Maximilians-Universität di Monaco di Baviera, Germania.
