Heures supplémentaires, le déphasage à plusieurs corps tue la ressemblance de la quasiparticule avec une seule particule. Crédit :FLOTTE
Dans les grands systèmes de particules en interaction en mécanique quantique, un phénomène intrigant apparaît souvent :des groupes de particules commencent à se comporter comme des particules individuelles. Les physiciens appellent ces groupes de particules des « quasi-particules ».
Comprendre les propriétés des quasiparticules peut être la clé pour comprendre, et finalement contrôler, des effets quantiques importants sur le plan technologique comme la supraconductivité et la superfluidité.
Malheureusement, les quasi-particules ne sont utiles que pendant leur vie. Il est donc particulièrement regrettable que de nombreuses quasiparticules meurent jeunes, durer loin, bien moins d'une seconde.
Les auteurs d'une nouvelle étude menée par l'Université Monash publiée aujourd'hui dans Lettres d'examen physique enquêter sur la question cruciale :comment meurent les quasi-particules ?
Au-delà du suspect habituel - la désintégration de quasi-particules dans des états d'énergie inférieure - les auteurs identifient un nouveau coupable :le déphasage à plusieurs corps.
De nombreux déphasages corporels
Le déphasage à N corps est le désordre des particules constitutives de la quasi-particule qui se produit naturellement au fil du temps.
Au fur et à mesure que le trouble augmente, la ressemblance de la quasiparticule avec une seule particule s'estompe. Finalement, l'effet inéluctable du déphasage à plusieurs corps tue la quasiparticule.
Loin d'un effet négligeable, les auteurs démontrent que le déphasage à plusieurs corps peut même dominer d'autres formes de mort par quasi-particules.
Ceci est démontré par des études sur une quasiparticule particulièrement «propre» - une impureté dans un gaz atomique ultrafroid - où les auteurs trouvent des preuves solides d'un déphasage à plusieurs corps dans des résultats expérimentaux antérieurs.
Deux états de spin (rouge et vert) d'une impureté noyée dans une mer de Fermi (bleu) sont couplés et subissent des oscillations de Rabi avec une fréquence efficace ? et le taux d'amortissement ΓR. Le taux d'amortissement est dominé par le déphasage à plusieurs corps. Crédit :FLOTTE
Les auteurs se concentrent sur le cas où le gaz atomique ultrafroid est une mer de Fermi. Une impureté dans une mer de Fermi donne naissance à une quasi-particule connue sous le nom de polaron de Fermi répulsif.
Le polaron de Fermi répulsif est une quasiparticule très compliquée et a toujours échappé aux études expérimentales et théoriques.
Grâce à des simulations approfondies et à une nouvelle théorie, les auteurs montrent qu'un protocole expérimental établi - les oscillations de Rabi entre les états de spin d'impuretés - montre les effets du déphasage à plusieurs corps dans le polaron répulsif de Fermi.
Ces résultats jusque-là non reconnus fournissent des preuves solides que le déphasage à plusieurs corps est fondamental pour la nature des quasiparticules.
L'étude a été menée par l'École de physique et d'astronomie, Université Monash, avec des co-auteurs de l'Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche à Florence, Italie, et Ludwig-Maximilians-Universität à Munich, Allemagne.
