Marie Rousseau Des physiciens de l’ETH Zurich démontrent comment des atomes peuvent être pompés à travers un cristal synthétique sans avoir à appliquer une commande périodique externe. Ces expériences combinent plusieurs features clés de la physique quantique à plusieurs corps de manière inattendue, ouvrant ainsi une nouvelle voie pour comprendre et créer des états exotiques de la matière quantique.
Les pompes, en un mot, sont des dispositifs qui utilisent un mouvement cyclique pour atteindre le transportation régulier de certaines marchandises. Dans une pompe à vélo, les coups répétés de haut en bas d’un piston créent un flux d’air. Dans une pompe à vis d’Archimède, l’eau est transférée entre les réservoirs en tournant une manivelle. Des ideas connexes ont également été explorés dans les systèmes quantiques, en particulier pour transporter des électrons un par un à travers des matériaux à l’état solide, générant ainsi un courant quantifié. Maintenant, une équipe dirigée par le Dr Tobias Donner, chercheur principal dans le groupe du professeur Tilman Esslinger du département de physique de l’ETH Zurich, ajoute une tournure surprenante à l’histoire. Écrivant dans Mother nature.
La recherche de nouvelles énigmes
L’équipe d’Esslinger et Donner ne travaille pas avec des électrons dans des matériaux à l’état solide, mais plutôt avec des atomes confinés dans des buildings complexes créées par l’intersection de faisceaux laser. De tels cristaux synthétiques ont l’avantage que les atomes et le réseau cristallin peuvent être contrôlés avec une précision exquise et une grande flexibilité. La plate-forme peut ensuite être exploitée soit pour mieux comprendre les effets connus, soit pour générer des scénarios dans lesquels les systèmes quantiques se comportent de manière imprévue, pointant idéalement vers de nouveaux phénomènes de physique quantique.
sur lequel les expérimentateurs ont également un fantastic contrôle donnant lieu à une dynamique oscillant entre ces configurations.
Avancer en tournant en rond
La grande surprise qui a conduit au travail maintenant publié a été l’observation expérimentale que les atomes piégés dans la composition cristalline synthétique ont commencé à bouger. En effectuant plusieurs mesures et en réalisant des simulations numériques, les chercheurs ont identifié le mécanisme à l’origine du mouvement atomique : le cristal synthétique s’enroulait périodiquement entre différentes constructions, de sorte que le centre de masse des atomes est déplacé dans l’espace d’une quantité fixe à chaque cycle — dans une analogie intrigante avec le mouvement chiral vers le haut dans une pompe d’Archimède. les physiciens de l’ETH ont obtenu des informations détaillées sur le mécanisme et caractérisé l’interaction entre la dissipation de la cavité et le pompage quantifié.
Qui tourne la manivelle ?
Ce qui entraîne le courant est la dissipation de la cavité, conduisant à un pompage “automobile-oscillant”. Dans ce contexte, il est critical que les configurations d’atomes entre lesquelles le système oscille soient distinctes à un niveau très fondamental, en ce qu’elles possèdent différentes soi-disant topologies. Concrètement, cela signifie que le mécanisme de transport démontré doit être steady contre les perturbations externes et également robuste en ce qui concerne la forme détaillée du protocole de pompage.
Ce sont des découvertes passionnantes. La topologie et les systèmes quantiques ouverts sont tous deux des domaines très actifs de la physique moderne. La connexion entre les deux promet de fournir non seulement un banc d’essai pour la théorie quantique à plusieurs corps, mais également un outil pratique pour réaliser des états exotiques de la matière quantique.
