A hőmérséklet csökkenése jelentősen befolyásolja egy különleges kvantumjelenség működését, ami annyira komplex, hogy ritkán sikerül konkrét kísérletekben megfigyelni. A Tokiói Tudományos Intézet kutatói azonban most új módszerrel megoldották a problémát, és megvizsgálták, hogyan működik az interakció eltérő hőmérsékletek esetében, bizonyítva, hogy hidegebb körülmények között a kölcsönhatás intenzívebbé válik.
A szóban forgó jelenség az úgynevezett p-hullám interakció, ami az Amerikai Fizikai Társaság leírása szerint fontos összetevője bizonyos szupravezetők és szuperfolyékony kvantumfolyadékok “viselkedésének”, ezért a jelenség megismerésével a szakértők közelebb kerülhetnek azoknak a folyamatoknak a megértéséhez, amelyek ezekben az egzotikus anyagokban játszódnak le. A p-hullám interakció megfigyelése azonban problémákat okoz a rendkívüli bonyolultsága miatt.
“Az ilyen kölcsönhatások eredendő komplexitása - például, hogy három különböző szórási csatornán keresztül mennek végbe - azt eredményezte, hogy a megjósolt hőmérséklet-függésük kísérleti megerősítés nélkül maradt.”
- magyarázta az APS.
A p-hullám interakciók a részecskék ütközésének egy speciális esetét jelentik, amelyben a résztvevők orientációja is számít az interakció erejének tekintetében.
“Ultraalacsony hőmérsékleteken a kvantummechanika határozza meg, hogyan ütköznek egymással a részecskék.
Az ütközések egyrészt az ütköző partnerek kvantumstatisztikájától (a közegen belüli elhelyezkedésüktől), másrészt az ütközési energiától és a perdületüktől függnek. A kvantumszintű kölcsönhatások két fő típusa az s-hullám és a p-hullám.” - írta a Coloradói Egyetem egy korábbi p-hullám kísérlet kapcsán.
Míg az s-hullám típusú ütközések “természetes módon jönnek létre fermionok között, amikor két különböző belső állapotban léteznek, és az ütközések nulla perdülettel zajlanak, ami alacsony energiagátat eredményez”, addig “a p-hullámú kölcsönhatásokat a korábban említett energiagát hátráltatja”. Ahhoz, hogy legyőzzék ezt a gátat, egymás körül kell forogniuk, és gyakran háromtest-rekombináció, azaz újrarendeződés történik a folyamat során. Mindez megnehezíti a p-hullám kölcsönhatások vizsgálatát.
A japán kutatók a három szórási csatorna mindegyikét külön-külön vizsgálták, és a megfigyelt lítium atomok viselkedését különféle hőmérsékleteken ellenőrizték. A megfigyelések szerint az abszolút nulla fok közelébe hűtött atomok esetében az interakció erősebbé vált, az atomok ekkor törékeny molekulákat alkottak, amelyek a szupravezető elektronpárjaihoz hasonlóan viselkedtek. Az eredmények összhangban állnak az elméleti előrejelzésekkel, és a molekulák minden jellemzője a várakozásoknak megfelelőnek bizonyult.
“Eredményeink egy kulcsfontosságú módszert alapoznak meg a p-hullámú kölcsönhatásokkal rendelkező Fermi-gázok soktest-tulajdonságainak és termodinamikai viselkedésének jellemzésére.” - összegzik a kutatók tanulmányukban.
(Fotó: K. Nagase/Institute of Science Tokyo, AMRULQAYS/Pixabay)
