‍ 🔴تشکیل چگالش بوز-اینشتین از مولکول‌های قطبی برای نخستین بار

🔹پژوهشگران دانشگاه چینی هنگ‌کنگ و مؤسسه فیزیک نظری آکادمی علوم چین، برای نخستین بار موفق به تولید چگالش بوز-اینشتین (BEC) از مولکول‌های قطبی سدیم-روبیدیوم (NaRb) در حالت پایه شده‌اند. چگالش بوز-اینشتین حالتی از ماده است که در آن همه ذرات در یک حالت کوانتومی قرار می‌گیرند و مانند یک «ابرذره» واحد رفتار می‌کنند.

❗این موفقیت یکی از اهداف دیرینه‌ی فیزیک اتمی، مولکولی و نوری (AMO) به شمار می‌رود. دلیل این اهمیت، ویژگی‌های منحصربه‌فرد مولکول‌های قطبی است. این مولکول‌ها نه‌تنها ساختار ارتعاشی و چرخشی پیچیده‌ای دارند، بلکه به‌دلیل داشتن گشتاور دوقطبی الکتریکی دائمی، می‌توانند برهم‌کنش‌های دوربرد و قوی از خود نشان دهند. این ویژگی‌ها، مطالعه‌ی پدیده‌های نوین در فیزیک بس‌ذره‌ای را امکان‌پذیر می‌سازند.

🔸تاکنون، تشکیل BEC برای اتم‌ها و حتی برخی مولکول‌ها ممکن شده بود، اما دستیابی به این حالت در مورد مولکول‌های قطبی همواره با مانعی جدی روبه‌رو بود: اتلاف شدید ناشی از برخوردها. هنگامی که دو مولکول قطبی به یکدیگر نزدیک می‌شوند، یک کمپلکس گذرای دومولکولی تشکیل می‌شود که تنها چند میکروثانیه دوام دارد. این ساختار ناپایدار، معمولاً باعث خروج هر دو مولکول از نمونه‌ی فوق‌سرد می‌شود و عملاً فرآیند سردسازی را مختل می‌کند.

🔹پیش از این، تنها مولکول‌های NaCs با استفاده از روش «سرکوب اتلاف توسط دو میدان مایکروویو» به ناحیه‌ی BEC رسیده بودند. با این حال، مشخص نبود که آیا این روش برای سایر مولکول‌های قطبی نیز قابل تعمیم است یا خیر. پژوهشگران برای غلبه بر این مشکل، از روشی به نام پوشش‌دهی مایکروویوی (Microwave Dressing) استفاده کردند.

🔸در این روش، از میدان‌های مایکروویو برای مهندسی برهم‌کنش بین مولکول‌ها بهره گرفته می‌شود. به‌این‌ترتیب که: یک میدان مایکروویو با قطبش دایره‌ای، یک دوقطبی الکتریکی چرخان در مولکول‌ها ایجاد می‌کند و همچنین یک میدان با قطبش خطی، یک دوقطبی نوسانی پدید می‌آورد.

🔹ترکیب این دو میدان، سد دافعه‌ای دوربرد بین مولکول‌ها ایجاد می‌کند که از نزدیک شدن آن‌ها به ناحیه‌ی خطرناک (محل وقوع اتلاف برخوردی) جلوگیری می‌نماید. در نتیجه، برخوردهای ناخواسته به‌شدت کاهش می‌یابند، در حالی که برخوردهای کشسان (که برای سردسازی ضروری هستند) همچنان حفظ می‌شوند. این شرط، برای موفقیت روش سردسازی تبخیری (خروج ذرات پرانرژی از سامانه به منظور کاهش دما) حیاتی است.

🔸پس از ایجاد این شرایط پایدار، پژوهشگران به‌تدریج عمق تله‌ی نوری را کاهش دادند تا مولکول‌های پرانرژی از تله خارج شوند. سپس، نمونه‌ی باقی‌مانده در دماهای پایین‌تر به تعادل رسید. این فرآیند در نهایت باعث شد که گاز NaRb دستخوش گذار فاز شده و به حالت #چگالش_بوز_اینشتین درآید.

🔹علاوه بر این، تیم تحقیقاتی موفق به مشاهده‌ی گذار از فاز گازی به قطره‌ی کوانتومی خودبسته (Self-bound Quantum Droplet) نیز شد. قطره‌ی کوانتومی، توده‌ای پایدار از ماده است که بدون نیاز به تله‌ی خارجی و صرفاً به‌دلیل برهم‌کنش‌های کوانتومی شکل می‌گیرد. این مشاهده، نشان‌دهنده‌ی وجود رفتارهای پیچیده‌ی بس‌ذرّه‌ای در این سامانه است.

❗پژوهشگران بر این باورند که روش ابداعی آن‌ها می‌تواند به یک راهکار عمومی برای تولید چگالش بوز-اینشتین در انواع مختلف مولکول‌های قطبی تبدیل شود.

🔸از سوی دیگر، برهم‌کنش‌های مهندسی‌شده توسط میدان‌های مایکروویو، تفاوت اساسی با برهم‌کنش‌های کوتاه‌برد رایج در BECهای اتمی دارند. به‌گونه‌ای که اندازه‌ی سد دافعه‌ی ایجادشده با فاصله‌ی بین خود مولکول‌ها قابل مقایسه است. این موضوع نشان می‌دهد که ممکن است برخی فرضیات رایج در نظریه‌ی گازهای رقیق، در این سامانه صادق نباشند.

🔹جالب‌ترین نکته این است که پژوهشگران این سامانه را از برخی جهات مشابه هلیوم مایع می‌دانند. آن‌ها قصد دارند در ادامه، ویژگی‌هایی مانند طیف برانگیزش، معادله‌ی حالت و سایر خواص جمعی این فاز جدید از ماده را به‌دقت بررسی کنند. این پژوهش می‌تواند مسیری تازه برای مطالعه‌ی فیزیک بس‌ذره‌ای کوانتومی، شبیه‌سازی مواد کوانتومی، و حتی توسعه‌ی فناوری‌های نوین مبتنی بر مولکول‌های قطبی هموار سازد.

📎 لینک خبر
‼️ لینک مقاله در Nature Physics

🟰🟰🟰🟰🟰🟰🟰🟰🟰🟰
🟢join: @QuantumTEQ
🌐Website
🔵LinkedIn

#اخبار #فیزیک_بس‌ذره‌ای