Dr Krzysztof Jachymski, laureat programu Polskie Powroty, wraz z dr. hab. Michałem Tomzą, mgr. Dariuszem Wiaterem i Agatą Wojciechowską z Instytutu Fizyki Teoretycznej Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, wspólnie z grupą doświadczalną prof. Tobiasa Schaetza z Uniwersytetu we Freiburgu w Niemczech opublikowali artykuł pt. "Obserwacja rezonansów Feshbacha pomiędzy pojedynczym jonem i ultrazimnymi atomami" na łamach czasopisma "Nature". Publikacja została dodatkowo wyróżniona na okładce czasopisma.
Świat ma kwantową naturę, której jednak na co dzień nie obserwujemy. Do jej ujawnienia pomocne jest znaczne obniżenie temperatury, pozwalające na przykład na pojawienie się zjawisk nadciekłości czy nadprzewodnictwa. Dobrym przykładem kwantowej materii są ultrazimne gazy atomów schłodzone do ułamków stopnia powyżej zera bezwzględnego. W takich warunkach oddziaływania pomiędzy atomami można kontrolować za pomocą pól elektromagnetycznych wykorzystując zjawisko rezonansów Feshbacha. Naukowcom z Uniwersytetu we Freiburgu oraz Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego udało się po raz pierwszy zaobserwować i wyjaśnić takie rezonanse pomiędzy pojedynczym jonem i ultrazimnymi atomami. Artykuł podsumowujący wyniki badań ukazał się w czasopiśmie „Nature”.
W doświadczeniu rezonanse obserwowano jako wzrost prawdopodobieństwa utraty jonu na skutek jego reakcji z parami atomów dla konkretnych wartości pola magnetycznego. Udało się też zademonstrować wzrost częstości zderzeń dwuciałowych w pobliżu rezonansu, co umożliwia efektywne schłodzenie jonu. Analiza teoretyczna pozwoliła na określenie nieznanych dotąd parametrów oddziaływań, ale też na przewidzenie pozycji rezonansów, których początkowo eksperyment nie wykrył.
Ultrazimne układy jon-atom mają wiele potencjalnych zastosowań takich jak obliczenia i symulacje kwantowe, wymagają jednak uzyskania znacznie niższych temperatur niż gazy neutralnych atomy. Kilka grup doświadczalnych latami pracowało na ten sukces przy wsparciu obliczeniowym m. in. fizyków z Warszawy. Wyniki otwierają drogę do kolejnej generacji eksperymentów, w których stan kwantowy jonu będzie znacznie łatwiej kontrolować. Niższa energia i dłuższy czas życia jonu pozwolą na zbadanie nowych zjawisk i wytworzenie nowych interesujących stanów kwantowej materii. Można spodziewać się, że teraz w krótkim czasie rezonanse Feshbacha pomiędzy jonem i atomem zostaną zaobserwowane również dla innych kombinacji pierwiastków.
- Publikacja w Nature to najwyższa forma uznania znaczenia wyników naukowych oraz ich jakości. Dla naukowca oznacza to, że ma kluczowy wkład w rozwój danej dziedziny nauki – mówi dr Krzysztof Jachymski.
I dodaje, że w kwestii zastosowań, te badania „mogą doprowadzić do powstania nowej klasy symulatorów kwantowych, które mają potencjał by wspomóc powstanie np. nowych materiałów”. Inne potencjalne zastosowanie to chemia - prowadzenie reakcji w bardzo niskich temperaturach wykorzystując efekty kwantowe.
Link do artykułu: https://www.nature.com/articles/s41586-021-04112-y
Link do grupy K. Jachymskiego: https://sites.google.com/site/krzysztofjachymski