Квантовую проблему многих тел решили при помощи специального микроскопа

В сложном взаимодействии многих атомов в состоянии конденсата Бозе — Эйнштейна можно разобраться без построения волновой функции. Авторы новой работы предложили и успешно опробовали идею использовать для этого специальный «квантовый микроскоп», который отслеживает импульсы отдельных частиц газа. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Чтобы выяснить, как ведут себя большие скопления взаимодействующих частиц, обычно нужно знать многочастичную волновую функцию системы. Когда в таком скоплении несколько миллионов атомов, что типично для ситуации с конденсатами Бозе — Эйнштейна, это становится чрезвычайно трудно. Шон Ходжман из Австралийского национального университета и его коллеги продемонстрировали способ решения этой проблемы, называемой квантовой проблемой многих тел, который не требует знания волновой функции. Вместо этого метод определяет все необходимые для описания системы параметры, измеряя корреляции между импульсами отдельных атомов в ансамбле.

Метод исследователей включает в себя запись импульсов рассеянных атомов после того, как два конденсата сталкиваются друг с другом. Затем импульсы атомов, полученные из таких записей, используются для того, чтобы вычислить корреляции между всеми парами и тройками атомов в рассеянном облаке. Согласно теоретическим выводам группы и экспериментальным измерениям, этих корреляций достаточно для решения многочастичной задачи для этой системы.

Команда продемонстрировала свою технику, столкнув два конденсата, которые вместе содержали миллион атомов гелия. Регистрируя положение каждого атома в разное время после столкновения, они восстанавливали импульсы атомов и вычисляли корреляционные функции импульса до третьего порядка (трехчастичные корреляции). Так как установка может отображать импульсы атомов в трех измерениях, ее можно рассматривать как импульсный квантовый микроскоп. Такой прибор может облегчить изучение важных многочастичных эффектов, в том числе феноменов локализации многих тел и стекловидного поведения в сильно разупорядоченных системах.