Gás em degenerescência profunda

O estudo de sistemas quânticos é fascinante, onde os sistemas de partículas que têm diferentes interações microscópicas ainda têm o mesmo comportamento macroscópico.

© K. Aikawa (gás de férmions em degenerescência profunda)

O físico Kiyotaka Aikawa e colegas da Universidade de Innsbruck, na Áustria, são os primeiros a esfriar um gás de férmions idênticos que apresentam dipolo dispersão universal, neste caso 60.000 átomos de érbio-167 (¹⁶⁷Er), a uma fração da temperatura de Fermi. Este sistema de átomos frios poderia ajudar os físicos a entender melhor o comportamento de outros gases dipolares, tais como moléculas frias e, possivelmente, os sistemas de física nuclear.

A imagem mostra a esquerada férmions degenerados com T/T_f = 0,71 e a direita férmions degenerados com T/T_f = 0,47.

O princípio de exclusão de Pauli impede que dois férmions idênticos ocupem o mesmo nível de energia. Como resultado, em temperatura zero, átomos fermiônicos como o ¹⁶⁷Er ocuparão uma escada de estados quânticos até a energia de Fermi. Mas a natureza anti-simétrica da função de onda fermiônica impede que átomos idênticos com interações de curto alcance de colidir em baixas temperaturas. Sem colisões para termalização do sistema, o resfriamento evaporativo, uma técnica padrão para o arrefecimento de gases atômicos, torna-se ineficaz.

Os pesquisadores Universidade de Innsbruck contornaram este impasse usando as interações dipolo-dipolo de longo alcance de átomos ¹⁶⁷Er altamente magnéticos para resfriamento evaporativo do gás com 0,2 vezes a temperatura de Fermi. Os pesquisadores foram capazes de ver o aparecimento do estado quântico degenerado pela imagem dos momentos dos átomos, e mostrando que eles seguiram uma distribuição de Fermi-Dirac. O grupo também demonstra a natureza universal da seção transversal de espalhamento deste gás. Especificamente, foi mostrado que a taxa de espalhamento entre átomos depende apenas de um único parâmetro chamado comprimento de dipolo, que é proporcional ao produto da massa do átomo e ao quadrado do seu momento de dipolo.

Fonte: Physical Review Letters