भौतिकविदों ने अति-शीतल परमाणुओं में “Fractional Fermi Sea” की रिपोर्ट दी

अति-शीतल सीज़ियम परमाणुओं के साथ काम कर रहे भौतिकविदों ने एक असाधारण क्वांटम अवस्था की रिपोर्ट दी है, जिसे वे “fractional Fermi sea” कहते हैं। यह अवस्था तब भी एक अप्रत्याशित प्रकार की व्यवस्था बनाए रखती दिखती है, जब system को conventional Fermi sea से जुड़ी परिस्थितियों से बहुत दूर ले जाया जाता है।

यह काम Physical Review Letters में प्रकाशित होने की बात कही गई है। प्रयोगात्मक टीम का नेतृत्व University of Innsbruck के Hanns-Christoph Nägerl ने किया, जबकि सैद्धांतिक कार्य CNRS और Université Paris-Dauphine के Alvise Bastianello ने किया।

Gas को केवल गर्म करना नहीं, interactions बदलना

बहुत कम तापमान पर fermions Pauli exclusion principle के नियमों के अनुसार quantum states भरते हैं। किसी एक जैसे quantum state में एकत्र न हो पाने से Fermi sea का विशिष्ट occupation pattern बनता है।

प्रयोग में atomic gas को केवल गर्म नहीं किया गया। शोधकर्ताओं ने ultracold cesium atoms के बीच interaction को बार-बार strongly repulsive और strongly attractive अवस्थाओं के बीच बदला। इससे atoms highly excited state में पहुंचे।

शोधकर्ताओं के अनुसार atoms ने छिपी हुई व्यवस्था वाली असामान्य configuration बनाई। इसी को fractional Fermi sea कहा गया है।

यह परिणाम महत्वपूर्ण क्यों है

Quantum many-body systems का वर्णन कठिन होता है क्योंकि प्रत्येक particle quantum rules का पालन करने के साथ अन्य particles को भी प्रभावित करता है। Strongly driven systems में ऐसी correlations बन सकती हैं जिन्हें standard equilibrium descriptions आसानी से नहीं समझाते।

Fractional Fermi sea संकेत देता है कि ऐसी अपरिचित परिस्थितियों में भी organized state बच सकती है। यह नई technology या fermions के standard theory का replacement सिद्ध नहीं करता, लेकिन order, interactions और excitation के अध्ययन के लिए नया experimental setting देता है।

Ultracold-atom experiments नियंत्रित quantum systems बनाने में उपयोगी हैं। परमाणुओं को ठंडा करके और interactions को tune करके physicists theory से तुलना कर सकते हैं।

Fermi sea को देखने का अलग तरीका

“Fractional” शब्द बताता है कि यह अवस्था उपलब्ध energy levels को भरने वाले fermions की परिचित तस्वीर से अलग है। स्रोत संभावित exotic quasiparticles को “super-Fermions” कहता है।

Quasiparticles जरूरी नहीं कि नए elementary particles हों। वे many-body system के collective behavior का उपयोगी वर्णन हैं। यहां यह भाषा driven atoms की collective state बताती है, प्रकृति के किसी नए fundamental component की खोज का दावा नहीं।

अध्ययन का तत्काल महत्व वैज्ञानिक है। आगे के theory और experiments से पता चलेगा कि यह state कितनी robust है और क्या इसे अन्य atoms या अलग driving protocols से बनाया जा सकता है।

आगे क्या होगा

यह शोध equilibrium से दूर quantum matter को समझने की व्यापक कोशिश की ओर संकेत करता है। आकर्षण और प्रतिकर्षण के अलग regimes से गुजरते हुए systems यदि hidden structure बनाए रख सकते हैं, तो physicists के पास अध्ययन के लिए अधिक quantum states हो सकती हैं।

मुख्य निष्कर्ष यह है कि ultracold cesium atoms को attraction और repulsion के बीच बार-बार बदलने से उनकी organization मिट नहीं गई। इसके बजाय highly excited state में असामान्य ordered quantum structure बनी।

यह लेख Science Daily की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।