Deux chercheurs de l'Université de Heidelberg ont développé un système modèle qui permet de mieux comprendre les processus dans une expérience de physique quantique avec des atomes ultrafroids. En utilisant des méthodes assistées par ordinateur, Le professeur Sandro Wimberger et David Fischer de l'Institut de physique théorique ont découvert des lois physiques qui indiquent les propriétés universelles de ce système. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Annalen der Physik .

Sous certaines conditions, les petites particules suivent des lois physiques complètement différentes de celles auxquelles nous sommes habitués. "En observant de tels phénomènes de physique quantique, cependant, est parfois difficile et nécessite de travailler avec des systèmes petits et isolés et d'enquêter sur ceux-ci. Mais un isolement parfait de l'environnement n'est jamais possible, ainsi les influences extérieures peuvent facilement détruire l'état fragile du système quantique, " explique l'auteur principal David Fischer, étudiant en physique à l'université de Heidelberg. Pour des expériences dans ce domaine, garder ces perturbations sous contrôle est d'un grand intérêt. « Ce contrôle nous permet non seulement d'assurer la cohérence du système, mais il peut également être utilisé sélectivement pour effectuer des conditions spéciales, " souligne le Pr Wimberger.

Les atomes ultrafroids introduits dans ce que l'on appelle des puits de potentiel se sont avérés être des objets de test appropriés dans de nombreuses expériences. Une configuration laser spéciale est utilisée pour générer une barrière qui verrouille les atomes dans une petite zone. Si plusieurs puits sont ensuite rapprochés suffisamment, les atomes ont la capacité de "tunnel" d'un puits à un autre adjacent. Ils sont toujours piégés dans les puits, mais peut passer d'un puits à un autre, selon les physiciens de Heidelberg. La température des atomes, qui est juste au-dessus du zéro absolu à -273,15 degrés Celsius, favorise ce comportement quantique.

En développant leur système modèle, David Fischer et Sandro Wimberger ont reproduit une expérience réalisée à l'Université technique de Kaiserslautern. Là, le comportement des atomes froids dans une chaîne de puits de potentiel a été étudié. Les chercheurs ont rempli la chaîne d'atomes, bien vidé le milieu, et l'a regardé se remplir d'atomes provenant des autres puits. « Les résultats de cette étude suggèrent que la décohérence, c'est-à-dire les interférences externes, joue un rôle essentiel dans ce processus. Ce qui n'est pas clair, c'est quels processus microscopiques le système quantique utilise pour interagir avec l'environnement, " dit David Fischer.

Dans leur simulation assistée par ordinateur du processus de remplissage, les deux chercheurs de Heidelberg ont testé diverses hypothèses et exploré quels processus ont réellement influencé le comportement du système modèle. Entre autres, ils ont remarqué que le temps requis pour le processus de remplissage variait en fonction des paramètres du système. Cette durée suit une loi de puissance, en fonction du taux de décohérence spécifié par les chercheurs. « En physique, c'est souvent le signe d'un comportement universel du système valable à toutes les échelles, simplifiant ainsi le problème global, " déclare le Pr Wimberger.