El gas de Fermi entra en una profunda degeneración

Una fascinante noción en el estudio de sistemas cuánticos es la "universalidad" por la cual los sistemas de partículas tienen interacciones microscópicas muy diferentes aún teniendo el mismo comportamiento macroscópico. Ahora, un grupo de investigadores han sido los primeros en enfriar un gas de fermiones idénticos que exhiben una dispersión dipolar universal, en este caso 60.000 erbium-167 (¹⁶⁷Er) átomos, a una fracción de temperatura de Fermi. Su sistema de átomos fríos podría ayudar a que los físicos comprendan el comportamiento de otros gases dipolares, tales como moléculas frías, y posiblemente sistemas de física nuclear.

El principio de exclusión de Pauli previene que dos fermiones idénticos ocupen en mismo nivel de energía. Como resultado, a temperatura cero, los átomos fermiónicos como ¹⁶⁷Er ocupará una escalera de estados cuánticos hasta la energía de Fermi. Pero la naturaleza antisimétrica de la función de onda fermiónica previene que átomos idénticos con interacciones a corto alcance de colisionar a bajas temperaturas. Sin colisiones para termalizar el sistema, el enfriamiento evaporativo, una técnica estándar para enfriar gases atómicos, se vuelve poco efectiva.

Los investigadores solucionaron este problema usando interacciones dipolo-dipolo de largo alcance de átomos ¹⁶⁷Er altamente magnéticos en enfriamiento evaporativo de gas a 0,2 veces la temperatura de Fermi. El equipo de investigación fue capaz de ver la aparición del estado cuántico de degeneración captando la imagen del momento del átomo y mostrando que siguen una distribución de Fermi-Dirac. El grupo también ha demostrado la naturaleza universal de la sección transversal de dispersión en el gas. Específicamente, han mostrado la velocidad de dispersión entre átomos depende solo de un único parámetro llamado longitud de dipolo, la cual es proporcional al producto de la mása de los átomos y el cuadrado de su momento del dipolo.

Via Physics.aps