अतिथंड अणूंमध्ये “Fractional Fermi Sea” आढळल्याचा भौतिकशास्त्रज्ञांचा अहवाल

अतिथंड cesium atomsवर काम करणाऱ्या भौतिकशास्त्रज्ञांनी “fractional Fermi sea” नावाच्या विलक्षण quantum stateचा अहवाल दिला आहे. Conventional Fermi seaशी संबंधित परिस्थितींपासून systemला दूर नेल्यानंतरही या stateने अनपेक्षित प्रकारची order टिकवून ठेवल्याचे दिसते.

हे काम Physical Review Lettersमध्ये प्रकाशित झाल्याचे सांगितले जाते. University of Innsbruckचे Hanns-Christoph Nägerl प्रयोगात्मक पथकाचे नेतृत्व करतात; CNRS आणि Université Paris-Dauphineचे Alvise Bastianello यांनी सैद्धांतिक काम केले.

Gas फक्त गरम करणे नव्हे

अत्यंत कमी तापमानात fermions, Pauli exclusion principleनुसार quantum states भरतात. एकाच quantum stateमध्ये एकत्र येता न आल्याने Fermi seaचा वैशिष्ट्यपूर्ण occupation pattern तयार होतो.

या प्रयोगात atomic gas फक्त गरम करण्यात आला नाही. Ultracold cesium atomsमधील interaction strongly repulsive आणि strongly attractive अवस्थांमध्ये वारंवार बदलण्यात आला. त्यामुळे atoms highly excited stateमध्ये गेले.

अणूंनी hidden order असलेली असामान्य configuration तयार केली, असे संशोधक सांगतात. या configurationला fractional Fermi sea म्हटले आहे.

हा निकाल महत्त्वाचा का

Quantum many-body systemsचे वर्णन कठीण असते, कारण प्रत्येक particle quantum नियम पाळतानाच इतर particlesवर प्रभाव टाकतो. Strongly driven systemsमध्ये standard equilibrium descriptionsमध्ये सहज न बसणाऱ्या correlations तयार होऊ शकतात.

अपरिचित परिस्थितीतही organized state टिकू शकते, असे fractional Fermi sea सूचित करते. हे नवीन technology किंवा fermionsच्या standard theoryचा पर्याय सिद्ध करत नाही; मात्र order, interactions आणि excitationच्या सहअस्तित्वासाठी नवे experimental setting देते.

Ultracold-atom experimentsद्वारे physicists नियंत्रित quantum analogues तयार करून theoryशी तुलना करू शकतात.

Fermi seaकडे पाहण्याचा वेगळा मार्ग

“Fractional” या नावातून उपलब्ध energy levels भरणाऱ्या fermionsच्या परिचित चित्रापेक्षा ही state वेगळी असल्याचे सूचित होते. स्रोत संभाव्य exotic quasiparticlesना “super-Fermions” म्हणतो.

Quasiparticles म्हणजे आवश्यकच नवीन elementary particles नाहीत. Many-body systemच्या collective behaviorचे वर्णन करण्यासाठी त्या उपयुक्त संकल्पना आहेत. येथे ती भाषा driven atomsच्या collective stateसाठी आहे; नवीन fundamental component सापडल्याचा दावा नाही.

या अभ्यासाचे तात्काळ महत्त्व वैज्ञानिक आहे. State किती robust आहे, तिची order कशी मोजायची आणि इतर atoms किंवा वेगळ्या driving protocolsने संबंधित phenomena तयार करता येतील का, हे तपासण्यासाठी पुढील संशोधन आवश्यक आहे.

पुढे काय

हा अभ्यास equilibriumपासून दूर असलेल्या quantum matterला समजून घेण्याच्या व्यापक प्रयत्नांकडे निर्देश करतो. Attraction आणि repulsion regimesमधून नेत असतानाही systems hidden structure टिकवू शकत असतील, तर अभ्यासासाठी अधिक quantum states उपलब्ध होऊ शकतात.

मुख्य निष्कर्ष असा आहे की ultracold cesium atomsना attraction आणि repulsionमध्ये वारंवार बदलल्याने त्यांची organization नष्ट झाली नाही; उलट highly excited अवस्थेत unusual ordered quantum structure तयार झाली.

हा लेख Science Dailyच्या वृत्तांकनावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.