Naukowcy po raz pierwszy zaobserwowali kryształy Pauliego

Zespołowi naukowców z Uniwersytetu w Heidelbergu udało się zbudować aparat, który pozwolił im po raz pierwszy obserwować kryształy Pauliego.

Zasada wykluczenia Pauliego jest dość prosta: zapewnia, że ​​żadne dwa fermiony nie mogą mieć tej samej liczby kwantowej. Ale podobnie jak w przypadku wielu zasad fizyki, to proste stwierdzenie wywarło głęboki wpływ na mechanikę kwantową. Dokładniejsze przyjrzenie się tej zasadzie ujawnia, że ​​sugeruje ona również, iż żadne dwa fermiony nie mogą zajmować tego samego stanu kwantowego. A to oznacza, że ​​elektrony muszą mieć różne orbity wokół jądra, a przez to wyjaśnia, dlaczego atomy mają objętość. To zrozumienie samoorganizacji fermionów doprowadziło do innych ustaleń – na przykład, że powinny one tworzyć kryształy o określonej geometrii, które są obecnie znane jako kryształy Pauliego. Kiedy dokonano tej obserwacji po raz pierwszy, zrozumiano, że takie tworzenie kryształów może nastąpić tylko w wyjątkowych okolicznościach. W ramach tego nowego wysiłku naukowcy rozwiązali okoliczności i tym samym zbudowali aparat, który pozwolił im po raz pierwszy obserwować kryształy Pauliego.

Prace obejmowały konfigurację obejmującą lasery, które były w stanie uwięzić chmurę atomów litu-6 przechłodzoną do ich niższego stanu energetycznego, zmuszając ich do przestrzegania zasady wykluczenia w płaskiej warstwie o grubości jednego atomu. Zespół zastosował następnie technikę, która pozwoliła im sfotografować atomy, gdy znajdowały się w określonym stanie – i tylko te atomy. Następnie wykorzystali aparat do zrobienia 20 000 zdjęć, ale wykorzystali tylko te, które pokazały odpowiednią liczbę atomów – co wskazuje, że przestrzegali zasady wykluczenia Pauliego. Następnie zespół przetworzył pozostałe obrazy, aby usunąć wpływ całkowitego pędu w chmurze atomowej, odpowiednio obrócił je, a następnie nałożył na nie tysiące, ujawniając rozkład pędu poszczególnych atomów – w tym momencie struktury krystaliczne zaczęły się pojawiają się na fotografiach, tak jak przewidywała teoria. Naukowcy zauważają, że ich technika może być również wykorzystana do badania innych efektów związanych z gazami opartymi na fermionie.


Tłumaczenie na podstawie https://phys.org/   |bb|