Le oscillazioni di rotazione collettiva sono state individuate per la prima volta in un gas atomico ultrafreddo. La scoperta è stata fatta da Bruno Laburthe-Tolra e colleghi dell'Università di Parigi 13.
Il loro esperimento comporta il raffreddamento di circa 40.000 atomi di cromo a 400 nK, dove tutti gli atomi si condensano in un singolo stato quantico chiamato condensato di Bose-Einstein (BEC). Tutti gli atomi sono nel loro stato di rotazione dell'energia più basso, che ha un momento magnetico di spin non zero.
Il BEC è la forma di una palla da rugby ed è confinato in una traccia ottica.L'esperimento della squadra inizia con gli spin del cromo allineati in una direzione perpendicolare all'asse longitudinale del BEC. Quindi, un gradiente di campo magnetico viene applicato lungo l'asse lungo del BEC, che crea un accoppiamento efficace tra gli spin che incoraggia una rotazione a puntare nella stessa direzione dei suoi vicini.
Giri inclinati
Quindi, viene emesso un impulso a radiofrequenza al BEC, che applica una coppia ai giri che causano la rotazione. Il team ha quindi misurato le direzioni degli spin mentre si evolvevano in circa 40 ms. In assenza di un accoppiamento, gli spin dovrebbero ruotare indipendentemente e l'allineamento andrebbe perso.
Invece, la squadra ha scoperto che gli spin cercano di mantenere il loro allineamento e di ruotare collettivamente in un'onda di rotazione. Tali onde sono state osservate nei solidi e nei liquidi - dove distanze molto brevi tra atomi vicini possono provocare un forte accoppiamento di spin - ma questa è la prima volta che il comportamento è stato osservato in un gas quantico diluito. Infatti, i calcoli fatti da Laburthe-Tolra e colleghi suggeriscono che il sistema si comporta molto come un ferrofluido - un liquido che diventa fortemente magnetizzato quando collocato in un campo magnetico.
La ricerca è descritta in Physical Review Letters .
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