I magneti quantistici sono miliardi di volte più freddi dello spazio interstellare – New Scientist

Un magnete fatto di atomi di itterbio è solo un miliardesimo di grado più caldo dello zero assoluto. Capire come funziona potrebbe aiutare i fisici a progettare superconduttori ad alta temperatura.

I magneti ordinari respingono o attraggono oggetti magnetici, a seconda che rotazione quantistica Gli elettroni nel magnete sono diretti verso l’alto o verso il basso. Questa rotazione quantistica può essere paragonata all’avere un polo nord e uno sud in una certa direzione.

Ma questa non è l’unica proprietà che può essere utilizzata per costruire magneti. fisico Pericolo di Caden della Rice University in Texas e colleghi Vengono utilizzati atomi di itterbio Per creare un magnete basato su una proprietà simile allo spin quantistico non ci sono due opzioni (su e giù), ma sei pezzi, ognuno etichettato con un colore.

tazza di tè

I ricercatori hanno sigillato gli atomi nel vuoto e hanno utilizzato i laser per raffreddarli. Gli atomi con la massima energia producono sempre meno energia attraverso lotti di laser sviluppati con precisione. Questo abbassa la temperatura complessiva, che è la stessa di soffiare su una tazza di tè.

I ricercatori hanno anche utilizzato i laser per posizionare gli atomi in diverse configurazioni, per produrre magneti in diverse combinazioni. Alcuni di questi magneti erano unidimensionali come fili, altri erano bidimensionali come un materiale piatto o erano tridimensionali come un pezzo di cristallo.

Ruimte interstellare

Gli atomi disposti in linee e piani hanno raggiunto una temperatura di circa 1,2 nanokelvin, più di due miliardi di volte più fredda dello spazio interstellare. Per gli atomi nelle costellazioni 3D, la situazione era così complessa che i ricercatori stavano ancora cercando il modo migliore per determinare la temperatura.

Gli atomi nell’esperimento appartengono a un gruppo più ampio chiamato “fermioni”. Sono “i fermioni più freddi dell’universo”, dice Hazzard. “Quando ho pensato di provarlo dieci anni fa, sembrava il sogno di un fisico teorico”.

I fisici sono da tempo interessati alle interazioni tra atomi in questi tipi di magneti esotici, perché sospettano che interazioni simili si verifichino anche nei superconduttori ad alta temperatura. Questi sono materiali che conducono perfettamente la corrente elettrica, senza resistenza. Con una migliore comprensione di cosa sta succedendo nei magneti a sei posizioni, potrebbero essere in grado di progettare superconduttori migliori.

Otto colori su mille

Sono stati effettuati calcoli teorici per questi nuovi magneti, ma non possono prevedere esatti modelli di stato del colore o determinare quanto siano magnetizzati, afferma il coautore dello studio, fisico teorico Eduardo Ibarra Garcia Padilla.

Lui e i suoi colleghi hanno eseguito alcuni dei migliori calcoli matematici di sempre durante l’analisi dell’esperimento, ma sono stati in grado di prevedere solo i colori di otto atomi su migliaia nell’esperimento.

Quando gli atomi sono caldi, gli stati di colore quantistico non hanno effetto sulle interazioni con gli atomi vicini, afferma il fisico teorico Vittorio Guarari dell’Università del Colorado a Boulder, ma l’esperimento è stato abbastanza interessante da consentire agli atomi di “prestare attenzione” ai loro vicini. Poiché i calcoli sono così difficili, esperimenti come questo potrebbero essere l’unico modo per studiare i magneti quantistici.