Sebuah tim peneliti internasional dari Innsbruck dan Jenewa, untuk pertama kalinya, menyelidiki persilangan dimensi materi kuantum ultradingin. Dalam rezim antara satu dan dua dimensi, partikel-partikel kuantum menganggap dunia mereka sebagai 1D atau 2D tergantung pada skala panjang yang mereka selidiki: Untuk jarak pendek, dunia mereka adalah 1D, namun 2D untuk jarak jauh.
Hasil yang diperoleh dari pengukuran korelasi baru saja dipublikasikan di Fisika Alam.
Penduduk di pusat kota Manhattan atau Miami telah mengetahuinya sejak lama: Untuk jarak pendek, hingga satu blok, dunia di dalam “ngarai perkotaan” kota tampak seperti satu dimensi. Hanya satu arah yang lebih disukai. Namun, dengan adanya persimpangan jalan untuk jarak yang lebih jauh, dunia ini bersifat dua dimensi: Ada kemungkinan bahwa seseorang menjelajahi arah melintang ketika melakukan perjalanan cukup jauh.
Partikel kuantum, yang terkurung pada suhu sangat rendah di “ngarai optik” dengan kemungkinan terowongan kuantum ke ngarai di dekatnya, juga “mengetahui” dimensinya: 1D untuk jarak pendek, tetapi 2D untuk jarak jauh. Perilaku seperti itu baru-baru ini terungkap dalam penelitian teori eksperimen bersama oleh para peneliti dari Departemen Fisika Eksperimental di Universitas Innsbruck dan di Departemen Fisika Materi Kuantum di Universitas Jenewa.
Sistem kuantum dalam dimensi tereduksi dan suhu sangat rendah dalam rezim superfluiditas dan degenerasi kuantum telah menjadi bidang penelitian yang kaya. Superfluida dua dimensi mungkin mengandung eksitasi topologi, dan sistem satu dimensi yang berinteraksi memiliki banyak sifat yang tidak biasa, di mana fermionisasi boson adalah salah satu yang paling mencolok.
Sedikit yang diketahui tentang rezim persilangan dimensional: Bagaimana superfluida bosonik 2D yang berinteraksi kuat terhubung ke boson terfermionisasi dalam 1D? Menggunakan atom dingin sebagai platform penelitian, persilangan dimensi kini dapat dipelajari langsung dalam eksperimen.
Dalam tes pertama, para fisikawan menyelidiki sifat korelasi interaksi boson yang terbatas pada kristal cahaya variabel. Dalam dimensi campuran, mereka menemukan karakteristik peluruhan dua kemiringan untuk fungsi korelasi satu benda, yang mencerminkan fakta bahwa partikel-partikel tersebut adalah 1D dan 2D pada saat yang bersamaan.
“Sistem kami adalah 1D dan 2D secara bersamaan,” kata salah satu penulis utama karya ini, Yanliang Guo, yang merupakan seorang postdoc di Innsbruck. “Itu tergantung pada bagaimana kita menginterogasi sistem.”
Hepeng Yao, seorang postdoc di Jenewa yang telah melakukan simulasi dan analisis numerik dengan metode kuantum Monte Carlo yang canggih, setuju dengan pendapat tersebut. “Kami sekarang dapat secara langsung melacak bagaimana perubahan dimensi sistem yang berkelanjutan memengaruhi sifat kolektif superfluida.”
“Eksperimen kami memberikan kejutan bagi kami,” kata Yanliang Guo. “Mengingat pemodelan numerik berkualitas tinggi yang kami miliki, kami sekarang dapat menggunakan pengukuran korelasi untuk menentukan suhu cairan kuantum dalam 1D, 2D, dan di antaranya, dengan presisi yang sangat tinggi. Hal ini mungkin membuka jalan bagi penemuan-penemuan baru, misalnya untuk eksplorasi fase kaca Bose yang sulit dipahami.”
Hepeng Yao sependapat, “Pengukuran korelasi, jika dilakukan untuk boson pada suhu sangat rendah dengan adanya potensi acak, akan menunjukkan ciri-ciri kaca Bose.”
Hasilnya akan menjadi titik awal untuk penelitian lebih lanjut tentang materi kuantum berdimensi rendah dan persilangan dimensinya.