Nova abordagem à matéria quântica exótica

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Quando os níveis de energia de um sistema quântico são preenchidos, as partículas fermiônicas se excluem, enquanto a matéria bosônica pode se acumular no nível mais baixo. Em contraste, os anyons se comportam de maneira intermediária. O artigo mostra como o parâmetro estatístico alfa dos anyons pode ser detectado a partir do momento angular das partículas de impureza anexadas aos anyons. Crédito: ICFO

Em um mundo tridimensional, todas as partículas devem ser férmions ou bósons, mas em menos dimensões, a existência de partículas conhecidas como anyons, que possuem estatísticas quânticas intermediárias, é possível. Acredita-se fortemente que tais objetos fascinantes existem como quasipartículas emergentes em sistemas Hall quânticos fracionários, mas apesar dos grandes esforços, a evidência experimental de anyons permaneceu muito limitada. Uma vez que a estatística quântica é definida através do comportamento da fase da função de onda, quando duas partículas idênticas são trocadas, as primeiras tentativas de detecção de anyon foram baseadas em medições interferométricas usando interferometria de Fabry-Perot ou experimentos de divisor de feixe.

Até agora, tem havido muitos esforços para melhorar a evidência experimental de anyons, procurando maneiras de estudar o efeito FQH e compreender sua física subjacente em sistemas quânticos altamente controláveis, como átomos frios ou simuladores quânticos fotônicos. Existem estudos que demonstraram que as interações luz-matéria podem criar e prender quasipartículas fracionárias em gases atômicos ou sistemas eletrônicos e, por meio de imagens de tempo de luz, medir assinaturas de estatísticas fracionárias transportadas pelo momento angular total de um sistema Hall quântico fracionário .

Em um estudo recente publicado na Physical Review Letters , os pesquisadores do ICFO Tobias Grass, Niccolo Baldelli e Utso Bhattacharya, liderados pelo ICREA Prof. do ICFO Maciej Lewenstein, e em colaboração com Bruno Julia-Díaz da Universidade de Barcelona, ​​descrevem uma nova abordagem para a detecção de anyon , que é um elemento crucial para aumentar o conhecimento da matéria quântica exótica.

Ao contrário dos esquemas de detecção anteriores, o estudo de autoria dos pesquisadores abre uma nova possibilidade que não requer troca de partículas nem interferometria. Em vez disso, os autores propõem rastrear o comportamento dos anyons ligando a impurezapartículas para eles. Especificamente, o momento angular médio de uma única impureza é mostrado para assumir valores característicos que são possivelmente fracionários. Para um sistema de múltiplas impurezas, o momento angular total deve depender de como esses níveis eficazes de impurezas únicas são preenchidos. Surpreendentemente, o valor obtido pelos autores não corresponde nem ao enchimento de um mar de Fermi nem à condensação de um modo bosônico. Em vez disso, o momento angular da impureza interpola entre esses casos limites, e o parâmetro estatístico fracionário dos anyons pode ser inferido imediatamente a partir dessa interpolação.

Seu esquema de detecção requer apenas medições de densidade e pode ser aplicável a fases de Hall quântico Abeliano em materiais eletrônicos, bem como em simuladores quânticos fotônicos ou atômicos. Os autores discutem também possíveis generalizações em relação a anyons não Abelianos. Uma vez que as impurezas realizam um gás não interagente de anyons, seu trabalho também apresenta a possibilidade de estudar a intrincada termodinâmica de sistemas anyonic.

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Melhor evidência de existência de anyons

Mais informações: Tobias Graß et al, Fractional Angular Momentum e Anyon Statistics of Impurezas em Laughlin Liquids, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.136801

Informações do periódico: cartas de revisão física

Fornecido por ICFO

Fonte: Phys News / por ICFO  / 23-09-2020      

https://phys.org/news/2020-09-approach-exotic-quantum.html

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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.

Membro da Society for Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.

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