NIST Natuurkundigen Voorspel Nieuwe vorm van soliton in ultrakoude gassen

Published on December 15, 2009 at 5:59 PM

Solitaire golven die een lange afstand lopen zonder verlies van hun vorm of sterven uit zijn een speciale klasse van golven genaamd solitonen. Deze eeuwige golven zijn exotisch genoeg, maar theoretici aan het Joint Quantum Institute (JQI), een samenwerkingsverband van het National Institute of Standards and Technology (NIST) en de universiteit van Maryland, en hun collega's in India en de George Mason University, nu geloven dat er een nieuw soort soliton is dat nog specialer worden. Naar verwachting worden gevonden in bepaalde soorten van ultrakoude gassen, de nieuwe soliton zou niet alleen een lage temperatuur atomaire nieuwsgierigheid, maar ook kunnen diepe inzichten in andere fysieke systemen, waaronder het vroege heelal.

Een nieuw voorspelde "onsterfelijk" soliton (links) in vergelijking met een conventionele "donkere" soliton (rechts). De horizontale as geeft de breedte van de soliton golffronten (begrensd door geel in het linker paneel en paars op het rechter paneel, met verschillende kleuren die verschillende golfhoogten). De verticale as komt overeen met de snelheid van de soliton als een fractie van de snelheid van het geluid. De onsterfelijke soliton op de linker behoudt zijn vorm tot aan de geluidsbarrière. Credit: I. Satija et al., JQI.

Solitonen kan overal optreden. In de jaren 1830, Schotse wetenschapper John Scott Russell voor het eerst geïdentificeerd hen tijdens het fietsen langs een smal kanaal, waar hij zag een watergolf behoud van de vorm over lange afstanden, in plaats van te sterven weg. Deze "enkelvoud en mooi" fenomeen, zoals Russell het noemt, is sindsdien waargenomen, opgericht en geëxploiteerd in vele systemen, met inbegrip van lichte golven in optische vezels telecommunicatie, de vibrationele golven die vegen door middel van atomaire kristallen, en zelfs "atoom golven" in Bose-Einstein condensaat (Becs), een ultrakoude toestand van de materie. Atomen in Becs kunnen samenkomen om enkele grote golven die reizen door het gas te vormen. Het atoom golven in Becs kan zelfs splitsen, interfereren met elkaar, en elkaar opheffen. In Becs met zwak interactie atomen, heeft dit geresulteerd in waarnemingen van 'duistere solitonen, "langdurige golven die afwezigheden van atomen verspreiden via het gas geven, en" helder "solitonen (degenen die de werkelijke stof).

Door het nemen van een nieuwe theoretische benadering, de JQI werk * ​​voorspelt een derde, nog meer exotische "onsterfelijk" soliton-nog nooit eerder in een ander fysiek systeem. Deze nieuwe soliton kan optreden in Becs gemaakt van "hard-core bosonen"-atomen die elkaar afstoten sterk en zo intens georganiseerde interactie in een ei-krat-achtige regeling bekend als een "optisch rooster. 'In 1990, een van de medeauteurs van het huidige werk, Radha Balakrishnan van het Institute of Mathematical Sciences in India, schreef de wiskundige beschrijving van deze nieuwe solitonen, maar vond haar werk alleen maar te benaderen het gedrag van een BEC gemaakt van sterk interagerende gas atomen. Met de latere waarnemingen van Becs, de JQI onderzoekers onlangs realiseerde dat zowel Balakrishnan de vergelijkingen een bijna exacte beschrijving van een BEC te voorzien van sterk interagerende atomen, en dat deze voorheen onbekende soort van soliton daadwerkelijk kan bestaan. Terwijl alle eerder bekende solitonen sterven af ​​als hun golfsnelheid benadert de snelheid van het geluid, zou dit nieuwe soliton overleven, behoud van de golfhoogte (amplitude), zelfs bij sonische snelheden.

Als de "onsterfelijke" soliton kon worden gemaakt op bestelling, kan dit zorgen voor een nieuwe weg voor het onderzoeken van het gedrag van sterk interagerende quantum systemen, waarvan de leden onder meer hoge-temperatuur supergeleiders en magneten. Als atomen koeling in een BEC vormen een fase-overgang (zoals water dat in ijs), zou de nieuwe soliton ook dienen als een belangrijk instrument voor een beter begrip fase-overgangen, zelfs degenen die plaatsvond in het vroege heelal zoals het uitgebreid en afgekoeld.

* R. Balakrishnan, II Satija en CW Clark, "Particle-hole asymmetrie en de opheldering van solitonen in een sterk weerzinwekkende Bose-Einstein condensaat," Physical Review Letters, vol. 103, blz. 230403; online gepubliceerd 04 december 2009.

Last Update: 4. October 2011 03:50

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit