Cercetătorii de la Heidelberg dezvoltă o nouă metodă și demonstrează aplicarea acesteia în experimente

Un scop al științei este de a găsi descrieri fizice ale naturii prin studierea modului în care componentele de bază ale sistemului interacționează între ele. Pentru sistemele complexe cu mai multe corpuri, teoriile eficiente sunt frecvent utilizate în acest scop. Acestea permit descrierea interacțiunilor fără a fi nevoie să observați un sistem la cea mai mică scară. Fizicienii de la Universitatea Heidelberg au dezvoltat acum o nouă metodă care face posibilă identificarea experimentală a acestor teorii cu ajutorul așa-numitelor simulatoare cuantice. Rezultatele efortului de cercetare, condus de Prof. Dr. Markus Oberthaler (fizică experimentală) și Prof. Dr. Jürgen Berges (fizică teoretică), au fost publicate în revista Nature Physics.

identificarea

Derivarea predicțiilor despre fenomenele fizice la nivelul particulelor individuale dintr-o descriere microscopică este practic imposibilă pentru sistemele mari. Acest lucru se aplică nu numai sistemelor cu multe corpuri mecanice cuantice, ci și fizicii clasice, cum ar fi atunci când apa încălzită într-o oală de gătit trebuie descrisă la nivelul moleculelor individuale de apă. Dar dacă un sistem este observat la scări mari, cum ar fi valurile de apă într-o oală, noile proprietăți pot deveni relevante în anumite condiții prealabile. Pentru a descrie o astfel de fizică în mod eficient, se folosesc teorii eficiente. „Cercetările noastre au vizat identificarea acestor teorii în experimente cu ajutorul simulatoarelor cuantice”, explică Torsten Zache, autorul principal al porțiunii teoretice a studiului. Simulatoarele cuantice sunt utilizate pentru a modifica sistemele cu mai multe corpuri mai simplu și pentru a le calcula proprietățile.

Fizicienii din Heidelberg și-au demonstrat recent metoda recent dezvoltată într-un experiment pe atomi de rubidiu ultracold, care sunt capturați într-o capcană optică și scoși din echilibru. „În scenariul pe care l-am pregătit, atomii se comportă ca niște magneți mici a căror orientare suntem capabili să citim cu precizie folosind noi procese”, potrivit lui Maximilian Prüfer, autorul principal din partea experimentală a studiului. Pentru a determina interacțiunile eficiente ale acestor „magneți”, experimentul trebuie repetat de câteva mii de ori, ceea ce necesită o stabilitate extremă.

„Conceptele teoretice de bază ne permit să interpretăm rezultatele experimentale într-un mod complet nou și astfel să obținem informații prin experimente în domenii care până acum au fost inaccesibile prin teorie”, subliniază Prof. Oberthaler. „La rândul său, acest lucru ne poate spune despre noi tipuri de abordări teoretice pentru a descrie cu succes legile fizice relevante în sistemele complexe cu mai multe corpuri”, afirmă Prof. Berges. Abordarea utilizată de fizicienii din Heidelberg este transferabilă la o serie de alte sisteme, deschizând astfel un teritoriu revoluționar pentru simulări cuantice. Jürgen Berges și Markus Oberthaler sunt încrezători că acest nou mod de identificare a teoriilor eficiente va face posibilă răspunsul la întrebări fundamentale din fizică.