Croquis du montage expérimental. Les atomes sont piégés dans une seule couche d'un réseau optique attrayant superposé avec une pince optique étroitement focalisée (a, Haut). La dégénérescence du confinement harmonique effectivement bidimensionnel conduit à la formation d'une structure de coque non triviale (a, bas). Image binarisée du système à coque fermée N =6 prise avec une seule caméra EMCCD à comptage de photons après une expansion du temps de vol (b). Nous extrayons les moments atomiques en recherchant les maxima locaux dans l'image filtrée passe-bas (c). Tous les moments sont tracés en unités naturelles du confinement de l'oscillateur harmonique. Pour révéler les corrélations entre les particules, nous soustrayons le mouvement du centre de masse (1) et tournons vers un axe de symétrie commun (2). Crédit :arXiv:2005.03929 [cond-mat.quant-gas]
Une équipe de chercheurs de l'Université de Heidelberg a réussi à construire un appareil qui leur a permis d'observer pour la première fois des cristaux de Pauli. Ils ont rédigé un article décrivant leurs efforts et l'ont téléchargé sur le arXiv serveur de préimpression.
Le principe d'exclusion de Pauli est assez simple :il affirme que deux fermions ne peuvent pas avoir le même ensemble de nombres quantiques. Mais comme pour de nombreux principes de physique, cette simple affirmation a eu un impact profond sur la mécanique quantique. Un examen plus approfondi du principe révèle qu'il suggère également que deux fermions ne peuvent pas occuper le même état quantique. Et cela signifie que les électrons doivent avoir des orbites différentes autour d'un noyau, et par extension, cela explique pourquoi les atomes ont du volume. Cette compréhension de l'auto-ordre des fermions a conduit à d'autres découvertes, par exemple, qu'ils doivent former des cristaux avec une géométrie spécifique, qui sont maintenant connus sous le nom de cristaux de Pauli. Lorsque cette observation a été faite pour la première fois, il était entendu qu'une telle formation de cristaux ne pouvait se produire que dans des circonstances uniques. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont résolu les circonstances, et ce faisant, ont construit un appareil qui leur a permis d'observer les cristaux de Pauli pour la première fois.
Le travail impliquait une configuration comprenant des lasers capables de piéger un nuage d'atomes de lithium-6 surfondus à leur état d'énergie inférieur, les obligeant à respecter le principe d'exclusion, dans une couche plate d'un atome d'épaisseur. L'équipe a ensuite utilisé une technique qui leur a permis de photographier les atomes lorsqu'ils étaient dans un état donné, et uniquement ces atomes. Ils ont ensuite utilisé l'appareil photo pour en prendre 20, 000 photos, mais n'utilisait que ceux qui montraient le bon nombre d'atomes, ce qui indique qu'ils adhéraient au principe d'exclusion de Pauli. Prochain, l'équipe a traité les images restantes pour supprimer l'impact de l'élan global dans le nuage d'atomes, les faire pivoter correctement, puis en superposaient des milliers, révélant la distribution de quantité de mouvement des atomes individuels - c'était le point auquel les structures cristallines ont commencé à émerger dans les photographies, tout comme la théorie l'avait prédit. Les chercheurs notent que leur technique pourrait également être utilisée pour étudier d'autres effets liés aux gaz à base de fermions.
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