Pendant une meilleure partie du siècle, les objets quantiques connus sous le nom de quasiparticules ont été tous habillés avec nulle part où aller. Mais cela peut changer, maintenant qu'une équipe de physiciens dirigée par Yale a montré qu'il est possible d'exercer un niveau de contrôle plus élevé sur au moins un type de quasiparticule.
La découverte augmente des décennies de sciences fondamentales et peut avoir de vastes applications pour la recherche quantique dans les années à venir.
Un quasiparticule est un objet quantique « émergent » – une particule centrale et centrale entourée d'autres particules qui, ensemble, démontrent des propriétés non trouvées dans chaque composant individuel. Les quasiparticules sont devenus l'image conceptuelle centrale par laquelle les scientifiques essaient de comprendre les systèmes quantiques en interaction, y compris ceux qui peuvent être utilisés dans l'informatique, les capteurs et d'autres appareils.
Mais leur interaction complexe avec d'autres particules dans les systèmes quantiques peut les rendre difficiles à étudier efficacement.
« L'interaction Les systèmes quantiques sont des acteurs centraux de la science et de la technologie quantiques modernes, mais ils sont difficiles à comprendre », a déclaré Nir Navon, professeur agrégé de physique à la Faculté des arts et des sciences de Yale, membre du Yale Quantum Institute, et chercheur principal pour une nouvelle étude dans la revue dans la revue Physique de la nature.
« Dans certains cas, les interactions habillent simplement les particules et leur donnent de nouvelles propriétés acquises, telles qu'une masse modifiée ou une durée de vie plus longue – les transformant en quasiparticules », a déclaré Navon. « Ce que nous avons fait ici, c'est démontrer un niveau de contrôle nouveau et surprenant. En utilisant un simple« bouton », nous pouvons manipuler les propriétés des quasiparticules. C'est un peu comme transformer un cheval en licorne en remuant contrôlablement la poussière autour de lui. »
Le laboratoire de Navon à Yale crée des expériences de table qui simulent les phénomènes quantiques. Ce faisant, les chercheurs étudient les propriétés scientifiques fondamentales du monde quantique et comment ces propriétés peuvent être influencées.
Pour la nouvelle étude, Navon et ses collaborateurs, dont le théoricien Michael Knap de l'Université technique de Munich, ont cherché des moyens de manipuler les propriétés d'un type spécifique de quasiparticule appelé Fermi Polaron. Les polarons Fermi sont des quasiparticules formés par des impuretés flottantes qui interagissent avec les particules subatomiques appelées fermions.
Navon, Knap et leurs collègues ont conçu un environnement « propre » hautement contrôlé dans lequel observer Fermi Polarons. Ils ont utilisé des atomes manipulés au laser refroidis à des températures de nanokelvin (une nanokelvin est un milliardième d'un degré au-dessus de zéro absolu), et un contrôle de radiofréquence précis, pour exercer un nouveau degré d'influence sur les quasiparticules.
« Pouvoir contrôler un système quantique à un degré élevé, comme cela a été fait dans cette expérience, peut conduire à de nouveaux types d'états quantiques qui n'obéissent pas aux lois de la thermodynamique », a déclaré Knap. « Il est maintenant de notre tâche de rechercher les conditions de réalisation de ces états exotiques. »
Les résultats remettent en question des notions de longue date sur les quasiparticules et ouvrent la possibilité de comprendre et de contrôler les systèmes quantiques de nouvelles façons, ont déclaré les chercheurs.
« Certains des systèmes quantiques les plus intéressants et les plus bizarres de nos jours sont ceux qui n'ont pas des quasiparticules », a déclaré Navon.
« Ce serait fantastique d'avoir la capacité de détruire contrôlablement – ou de revivre – des quas-œbarcules. La perspective de commencer par un système quantique qui a des quasiparticules, et pouvoir les détruire en utilisant un champ externe, créerait un pont remarquable entre les systèmes quantiques qui sont bien compris et ceux qui éluderont actuellement la compréhension. »
