I risultati ottenuti dalle misurazioni di correlazione sono stati appena pubblicati su Nature Physics .

Gli abitanti dei centri urbani di Manhattan o Miami lo sanno da sempre:per brevi distanze, fino alla lunghezza di un isolato, il mondo all'interno dei "canyon urbani" della città sembra unidimensionale. È preferibile una sola direzione. Tuttavia, con le strade trasversali presenti per distanze maggiori, il mondo è bidimensionale:è possibile esplorare la direzione trasversale quando si viaggia abbastanza lontano.

Le particelle quantistiche, confinate a temperature ultrabasse in "canyon ottici" con la possibilità di effettuare tunnel quantistici verso i canyon vicini, "sanno" anche qual è la loro dimensionalità:sono 1D per brevi distanze, ma 2D per lunghe distanze. Tale comportamento è stato recentemente rivelato in un lavoro congiunto di teoria-esperimento condotto da ricercatori del Dipartimento di Fisica Sperimentale dell'Università di Innsbruck e del Dipartimento di Fisica Quantistica della Materia dell'Università di Ginevra.

I sistemi quantistici a dimensionalità ridotta e a temperature ultrabasse nel regime di superfluidità e degenerazione quantistica sono diventati un ricco campo di ricerca. I superfluidi bidimensionali possono contenere eccitazioni topologiche e i sistemi unidimensionali interagenti presentano una moltitudine di proprietà insolite, di cui la fermionizzazione dei bosoni è una delle più sorprendenti.

Poco si sa sul regime del crossover dimensionale:come si collegano i superfluidi bosonici 2D fortemente interagenti ai bosoni fermionizzati in 1D? Utilizzando gli atomi freddi come piattaforma di ricerca, il crossover dimensionale può ora essere studiato direttamente nell'esperimento.

In un primo test, i fisici hanno sondato le proprietà di correlazione dei bosoni interagenti confinati in cristalli di luce variabili. Nella dimensionalità mista, hanno trovato un caratteristico decadimento a due pendenze per la funzione di correlazione di un corpo, rispecchiando il fatto che le particelle sono 1D e 2D allo stesso tempo.

"Il nostro sistema è 1D e 2D simultaneamente", afferma uno degli autori principali di questo lavoro, Yanliang Guo, postdoc a Innsbruck. "Dipende da come interroghiamo il sistema."

Hepeng Yao, un postdoc a Ginevra che ha effettuato la simulazione numerica e l'analisi con metodi Monte Carlo quantistici all'avanguardia, è d'accordo. "Ora possiamo monitorare direttamente come il cambiamento continuo della dimensionalità di un sistema influisce sulle proprietà collettive di un superfluido."

"I nostri esperimenti ci hanno riservato una sorpresa", afferma Yanliang Guo. "Grazie alla nostra modellazione numerica di alta qualità, ora possiamo utilizzare le misurazioni di correlazione per determinare la temperatura dei nostri liquidi quantistici in 1D, 2D e in mezzo, con altissima precisione. Ciò potrebbe aprire la strada a nuove scoperte, per esempio per l'esplorazione della sfuggente fase del vetro Bose."

Hepeng Yao concorda:"Le misurazioni di correlazione, se effettuate per bosoni a temperature molto basse in presenza di un potenziale casuale, dovrebbero mostrare le tracce del vetro Bose."

I risultati serviranno come punto di partenza per ulteriori ricerche sulla materia quantistica a bassa dimensionalità e sul suo crossover dimensionale.