Une équipe de chercheurs du MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms a développé un moyen d'étudier et de mesurer les gaz lors de leur transition entre les états quantique et classique en raison des changements de température. Dans leur article publié dans la revue Lettres d'examen physique , le groupe décrit les expériences qu'ils ont menées avec des nuages ​​d'atomes de lithium-6 et ce qu'ils ont trouvé.

Les gaz de Boltzmann sont constitués de particules de volume négligeable et de collisions parfaitement élastiques - elles sont décrites, assez naturellement, par la théorie cinétique de Boltzmann. Dans un tel gaz, les particules se déplacent de façon aléatoire et entrent fréquemment en collision. Des recherches antérieures ont montré que si un gaz Boltzmann est suffisamment refroidi, il subit une transformation si radicale qu'il ne peut être décrit qu'en termes quantiques. Par ailleurs, si les particules qui composent le gaz sont des fermions, le résultat peut être décrit en utilisant la théorie des liquides de Fermi. Notamment, le processus peut se déplacer dans les deux sens. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont développé un moyen de surveiller et de mesurer les changements qui se produisent lorsque le gaz passe d'un état quantique à un état classique.

Pour étudier la transition, les chercheurs ont utilisé des quasiparticules comme moyen de mesurer les propriétés du gaz de Fermi, plus précisément, ils ont créé un nuage d'atomes de lithium-6 à l'aide de ce qu'on appelle une « boîte laser ». Ils ont ensuite refroidi la boîte et son contenu et surveillé ce qui se passait à l'intérieur à l'aide de la spectroscopie d'éjection, où les photons renversent l'état interne des impuretés de telle sorte qu'ils n'interagissent pas avec le gaz. Ils ont ensuite pu utiliser le nombre d'atomes retournés pour évaluer l'énergie des photons, puis calculer les excitations du gaz. Cela leur a permis de calculer l'énergie et les taux de désintégration des quasiparticules.

Le groupe a également mené une expérience pour mesurer les quasiparticules à différentes températures, ce qui leur a permis de voir ce qui s'est réellement passé lors de la transition du gaz. Ils notent que lorsque la température augmente, le spectre de crête a perdu de l'énergie et s'est élargi. Finalement, les quasiparticules ont perdu leur identité, et à ce stade, La théorie de Fermi a commencé à se dérouler. Ils rapportent également que juste en dessous du point où la théorie de Fermi est devenue applicable, il y avait un changement brusque dans l'énergie du pic du spectre, qui est finalement tombé à zéro.

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