Natuurkundigen observeren vals vacuümverval in een ferromagnetisch superfluïdum – Physics World

Natuurkundigen in Italië hebben voor het eerst een fenomeen waargenomen dat bekend staat als vals vacuümverval. Het werk, dat werd uitgevoerd in een ferromagnetisch superfluïdum, vergroot ons begrip van ferromagnetische faseovergangen en zou meer licht kunnen werpen op de stabiliteit van het vroege universum.

Sommige typen kwantumsystemen hebben zowel metastabiele (valse) vacuümtoestanden als een absolute grondvacuümtoestand (echte). Deze toestanden vertegenwoordigen verschillende configuraties van een kwantumveld, en het veld kan vervallen van de valse vacuümtoestand naar de ware. Wanneer dit gebeurt, vormen zich gelokaliseerde macroscopische gebieden met echt vacuüm – bellen – omgeven door plekken met vals vacuüm.

“Een dergelijk mechanisme werd oorspronkelijk besproken in de context van de kosmologie om de stabiliteit van ons universum te bestuderen, dat zich in een stabiele of metastabiele configuratie kan bevinden”, legt hij uit. Gabriël Ferrari, een natuurkundige aan de Universiteit van Trento, Italië, die samen met de studie leiding gaf Giacomo Lamporesi, Alessio Recati en Alessandro Zenesini van de Pitaevskii BEC-centrum, CNR-INO in Trento, Italië. “Er wordt aangenomen dat vacuümverval een belangrijke rol speelt in de manier waarop ruimte, tijd en materie ontstonden tijdens de oerknal.”

Spontaan gegenereerde bubbels

In het nieuwe werk, de Pitaevskii BEC-centrum team gebruikte natriumatomen met een ferromagnetische grondtoestand om vals vacuümverval in een kwantumsysteem met meerdere deeltjes te onderzoeken. Het team heeft dit systeem voorbereid door de atomen in een optische val op te sluiten en ze af te koelen tot minder dan een microkelvin boven het absolute nulpunt, waar ze een ferromagnetische supervloeistof vormen.

“We hebben het systeem voorbereid in een metastabiele toestand waarin de supervloeistof in de tegenovergestelde richting gepolariseerd is ten opzichte van het aangelegde magnetische veld”, legt Lamporesi uit. “Na enige tijd zagen we dat het systeem spontaan belletjes genereerde in macroscopische gebieden die op één lijn lagen met het magnetische veld.”

Werken met theoretici van de Universiteit van Newcastle, VKtoonde het team verder aan dat deze bubbels, in de woorden van Recati, “het eerste experimentele bewijs waren van het mechanisme van vals vacuümverval op een macroscopisch kwantumveld”.

De onderzoekers gingen verder met het meten van de relatie tussen de gemiddelde vervaltijd van de bellen en experimenteel afstembare parameters zoals het energieverschil tussen echte en valse vacuümtoestanden (dat verandert met het aangelegde magnetische veld als gevolg van het Zeeman-effect). Ze ontdekten dat kleine variaties tot grote veranderingen in de vervaltijd leiden. “Onze resultaten laten een zeer goede overeenkomst zien met de voorspellingen van een veldtheorie-tunnelingmodel (instanton), waarmee de oorsprong van vals vacuümverval van ons systeem wordt bevestigd”, vertelt Lamporesi. Natuurkunde wereld.

Een technische prestatie

De resultaten van deze experimenten worden beschreven in Natuurfysica, en Lamporesi benadrukt dat het verkrijgen ervan technisch een uitdaging was. Naast andere factoren moet het externe magnetische veld extreem stabiel zijn om de spincoherentie van het superfluïde systeem te behouden. Om de vereiste stabiliteit te bereiken, moest het team een ​​magnetisch schild rond het ultrakoude atoomgas installeren – een lastige klus, aangezien ze met laserstralen toegang tot het systeem moesten hebben om de atomen te manipuleren.

Over het hele universum

Hoewel de onderzoekers hebben geanalyseerd hoe lang het duurt voordat zich belletjes vormen, is dit slechts de eerste stap. Ze zijn nu van plan de beldynamiek in een gecontroleerde omgeving te onderzoeken om de aard van de belgroei te begrijpen.

“Een andere belangrijke stap zal zijn om de effectieve dimensionaliteit van het systeem te vergroten van quasi-eendimensionaal, zoals in de huidige studie, waar de theoretische analyse eenvoudiger is, naar tweedimensionaal, waar interessante verschijnselen zoals botsingen van bellen en samensmelting optreden. zegt Zenesini. “Veel kenmerken van de kernvorming en dynamiek van bellen zijn theoretisch bestudeerd in de context van de kosmologie, waar experimenten nog niet toegankelijk zijn. Ze zijn echter ook zeer relevant voor de gemeenschap van gecondenseerde materie, omdat ze verband houden met kwantumferromagnetische dynamiek die experimenteel kan worden waargenomen – zoals we in ons werk hebben aangetoond.”

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/physicists-observe-false-vacuum-decay-in-a-ferromagnetic-superfluid/