Nas últimas décadas, fa­sicos em todo o mundo tem tentado obter uma melhor compreensão da dina¢mica do desequila­brio em sistemas qua¢nticos de muitos corpos. Alguns estudos investigaram o que éconhecido como quasiparta­culas, distúrbios ou entidades em sistemas fa­sicos que exibem comportamento semelhante ao das partículas

Pesquisadores da Universidade de Aarhus realizaram recentemente um estudo investigando a dina¢mica do desequila­brio de uma impureza qua¢ntica imersa em um ambiente bosa´nico. Seu artigo, publicado na Nature Physics , lana§a luz sobre o comportamento dina¢mico de sistemas interativos de muitos corpos, ao mesmo tempo em que melhora a compreensão atual de como os polarons de Bose são formados.

"Nosso artigo recente éparte de uma extensa investigação das chamadas quasiparta­culas e éo culminar de uma colaboração fruta­fera entre fa­sicos experimentais e teóricos da Universidade de Aarhus", disse Magnus G. Skou, um dos pesquisadores que realizaram o estudo. .org. "As quasiparta­culas são extremamente interessantes, pois podem consistir em inaºmeraspartículas e suas excitações."

A ideia de quasiparta­culas foi introduzida pela primeira vez na década de 1930 pelo fa­sico Lev Landau, que estava tentando obter uma melhor compreensão dos sistemas qua¢nticos complexos. Os experimentos realizados por Skou e seus colegas baseiam-se em modelos criados por Landau.

Em seus estudos, os pesquisadores prepararam estados de superposição coerente de a¡tomos em um condensado de Bose-Einstein com um pequeno componente de estado de impureza usando uma técnica interferomanãtrica. Posteriormente, eles monitoraram a evolução dessas superposições qua¢nticas e sua transição para quasiparta­culas polara´nicas.

Notavelmente, os pesquisadores foram capazes de observar o nascimento de uma classe única de quasiparta­culas, chamada polarons de Bose, pela primeira vez. Enquanto no passado vários grupos de pesquisa detectaram sinais dessas quasiparta­culas em ambientes de laboratório, atéagora observar sua formação gradual ao longo do tempo revelou-se altamente desafiador, principalmente porque os processos atravanãs dos quais elas são formadas são extremamente rápidos.

"Estudamos como as impurezas interagem com um meio puro e se transformam em polarons de Bose", explicou Skou. "Nossos experimentos foram realizados usando um meio de a¡tomos resfriados a uma temperatura incrivelmente baixa de apenas um bilionanãsimo de grau acima do zero absoluto, que estãomuito abaixo da temperatura do espaço sideral."

Usando um gás de a¡tomos ultracold, Skou e seus colegas foram capazes de estudar impurezas qua¢nticas em ambientes extremamente puros e bem controlados. Essas impurezas foram criadas pela transferaªncia de alguns dos a¡tomos manãdios para um estado qua¢ntico de impureza especial, usando um pulso de radiofrequência ultrarra¡pido de apenas 0,5 µs.

 

"Descobrimos que as impurezas começam a interagir dinamicamente com os a¡tomos do meio e medimos essa evolução usando outro pulso curto de radiofrequência", disse Skou. "Este esquema de dois pulsos possibilitou que observa¡ssemos a eventual formação de quasiparta­culas do polaron ."

Em seus experimentos, Skou e seus colegas observaram três regimes distintos de evolução de impurezas marcados por transições dina¢micas. Esses regimes, então, ligam a dina¢mica física inicial de poucos e, posteriormente, de muitos corpos.

"Nosso estudo éum grande passo a  frente na compreensão dos polarons de Bose, sua dina¢mica de desequila­brio e como eles são formados", disse Skou. "Esses fena´menos qua¢nticos são extremamente fascinantes por si são, mas, além disso, conjectura-se que sejam elementos-chave em tecnologias exa³ticas, como semicondutores orga¢nicos e supercondutores."

No futuro, as descobertas reunidas por Skou e seus colegas podem abrir novas possibilidades para estudar fena´menos qua¢nticos de não equila­brio, que por sua vez podem informar o desenvolvimento de novas tecnologias baseadas em semicondutores e supercondutores. Em seus pra³ximos estudos, os pesquisadores também planejam investigar as maneiras como os polarons interagem entre si.

"Essas interações foram teoricamente previstas em 2018 para permitir que dois polarons se liguem, o que gera uma nova quase-parta­cula conhecida como bipolaron Bose ", disse Skou. "Isso adiciona uma camada completamente nova de física qua¢ntica complexa, mas excitante. Embora essa quasiparta­cula não tenha sido vista em um gás ultracold ainda, acreditamos que nosso experimento pode ter potencial para observar sua existaªncia."