צוות מחקר בינלאומי מאינסברוק וז'נבה בדק לראשונה את ההצלבה הממדית לחומר קוונטי קר במיוחד. במשטר שבין מימד אחד לשני, החלקיקים הקוונטיים תופסים את עולמם כ-1D או 2D בהתאם לסולם האורך שבו הם נבדקים: למרחקים קצרים, עולמם הוא 1D, אך הוא 2D למרחקים ארוכים.
התוצאות שהתקבלו ממדידות מתאם פורסמו זה עתה ב פיזיקת טבע.
תושבי הערים הפנימיות של מנהטן או מיאמי ידעו זאת לאורך כל הדרך: למרחקים קצרים, עד אורך של בלוק, העולם בתוך "הקניונים העירוניים" של העיר נראה חד מימדי. עדיף רק כיוון אחד. עם זאת, כשהרחובות הצטלבים נוכחים למרחקים ארוכים יותר, העולם הוא דו-ממדי: ייתכן שחוקרים את הכיוון הרוחבי כשנוסעים מספיק רחוק.
חלקיקים קוונטיים, המוגבלים בטמפרטורות נמוכות במיוחד ל"קניונים אופטיים" עם אפשרות לבצע מנהרה קוונטית לקניונים שכנים, "יודעים" גם הם מה הממדיות שלהם: הם 1D למרחקים קצרים, אבל 2D למרחקים ארוכים. התנהגות כזו נחשפה לאחרונה בעבודה משותפת לתיאוריית ניסויים של חוקרים מהמחלקה לפיזיקה ניסויית באוניברסיטת אינסברוק ובמחלקה לפיזיקת החומר הקוונטי באוניברסיטת ז'נבה.
מערכות קוונטיות בממדיות מופחתת ובטמפרטורות נמוכות במיוחד במשטר של נזילות-על וניוון קוונטי הפכו לתחום מחקר עשיר. נוזלי-על דו-ממדיים עשויים להכיל עירורים טופולוגיים, ומערכות חד-ממדיות המקיימות אינטראקציה כוללות מספר רב של תכונות יוצאות דופן, שהפרמיוניזציה של בוזונים היא אחת הבולטות שבהן.
מעט ידוע על משטר ההצלבה הממדית: כיצד מתחברים נוזלי-על בוזוני דו-ממדיים בעלי אינטראקציה חזקה לבוזונים מפורסים ב-2D? באמצעות אטומים קרים כפלטפורמת מחקר, ניתן כעת ללמוד את ההצלבה הממדית ישירות בניסוי.
בבדיקה ראשונה, הפיזיקאים בדקו את תכונות המתאם של בוזונים המקיימים אינטראקציה מוגבלים לגבישי אור משתנים. בממדיות מעורבת, הם מצאו דעיכה אופיינית של שני שיפועים עבור פונקציית המתאם של גוף אחד, המשקפת את העובדה שהחלקיקים הם דו-ממדיים ודו-ממדיים בו-זמנית.
"המערכת שלנו היא דו-ממדית ודו-ממדית בו-זמנית", אומר אחד הכותבים הראשיים של עבודה זו, יאנליאנג גואו, שהוא פוסט-דוקטורט באינסברוק. "זה תלוי איך אנחנו חוקרים את המערכת."
Hepeng Yao, פוסט דוקטורט בז'נבה שביצע את הסימולציה והניתוח המספריים בשיטות קוונטיות מתקדמות של מונטה קרלו, מסכים. "כעת אנו יכולים לעקוב ישירות אחר האופן שבו השינוי המתמשך של הממדיות של מערכת משפיע על התכונות הקולקטיביות של נוזל-על."
"לניסויים שלנו הייתה הפתעה עבורנו", אומר יאנליאנג גואו. "לאור המידול המספרי האיכותי שלנו, אנו יכולים כעת להשתמש במדידות המתאם כדי לקבוע את הטמפרטורה של הנוזלים הקוונטיים שלנו ב-1D, 2D וביניהם, בדיוק גבוה מאוד. זה עשוי לפתוח את השדרה לתגליות חדשות, למשל לחקר שלב Bose-glass החמקמק".
הפנג יאו מסכים, "מדידות המתאם, כאשר נעשות לבוזונים בטמפרטורות נמוכות מאוד בנוכחות פוטנציאל אקראי, צריכות להראות חתימות של זכוכית Bose."
התוצאות ישמשו נקודת מוצא למחקר נוסף על חומר קוונטי במימד נמוך והצלבה ממדי שלו.