ทีมวิจัยนานาชาติจากอินส์บรุคและเจนีวาได้ตรวจสอบครอสโอเวอร์มิติสำหรับสสารควอนตัมที่เย็นจัดเป็นครั้งแรก ในระบบการปกครองระหว่างหนึ่งและสองมิติ อนุภาคควอนตัมจะรับรู้โลกของพวกมันเป็น 1 มิติหรือ 2 มิติ ขึ้นอยู่กับสเกลความยาวที่ใช้ตรวจสอบ: สำหรับระยะทางสั้น ๆ โลกของพวกมันจะเป็น 1 มิติ แต่เป็น 2 มิติสำหรับระยะไกล
ผลลัพธ์ที่ได้จากการวัดความสัมพันธ์เพิ่งได้รับการเผยแพร่ใน ฟิสิกส์ธรรมชาติ.
ผู้อาศัยในเมืองชั้นในของแมนฮัตตันหรือไมอามีต่างรู้จักเรื่องนี้มาโดยตลอด: สำหรับระยะทางสั้นๆ จนถึงความยาวของช่วงตึก โลกภายใน "หุบเขาในเมือง" ของเมืองดูเหมือนจะเป็นมิติเดียว แนะนำให้ใช้ทิศทางเดียวเท่านั้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากทางแยกมีระยะทางที่ไกลกว่า โลกจึงมีสองมิติ: เป็นไปได้ที่เราจะสำรวจทิศทางตามขวางเมื่อเดินทางไกลเพียงพอ
อนุภาคควอนตัมซึ่งถูกกักขังที่อุณหภูมิต่ำมากจนถึง "หุบเขาแสง" ที่มีความเป็นไปได้ที่จะสร้างอุโมงค์ควอนตัมไปยังหุบเขาใกล้เคียง และยัง "รู้" ว่ามิติของพวกมันคืออะไร: พวกมันเป็น 1D สำหรับระยะทางสั้น ๆ แต่เป็น 2D สำหรับระยะทางไกล พฤติกรรมดังกล่าวเพิ่งได้รับการเปิดเผยในงานทฤษฎีการทดลองร่วมโดยนักวิจัยจากภาควิชาฟิสิกส์เชิงทดลองที่มหาวิทยาลัยอินส์บรุค และในภาควิชาฟิสิกส์ควอนตัมเรื่องฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยเจนีวา
ระบบควอนตัมในมิติที่ลดลงและที่อุณหภูมิต่ำมากในระบบของของเหลวยิ่งยวดและความเสื่อมของควอนตัมได้กลายเป็นสาขาวิชาวิจัยที่อุดมสมบูรณ์ ซูเปอร์ฟลูอิดสองมิติอาจมีการกระตุ้นเชิงทอพอโลยี และระบบหนึ่งมิติที่มีปฏิสัมพันธ์กันก็มีคุณสมบัติที่ผิดปกติมากมาย ซึ่งคุณสมบัติการปฏิสนธิของโบซอนเป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุด
ไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับระบอบการปกครองของครอสโอเวอร์มิติ: superfluids bosonic 2D ที่มีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรงเชื่อมต่อกับ bosons ที่หมักแล้วใน 1D ได้อย่างไร การใช้อะตอมเย็นเป็นแพลตฟอร์มการวิจัย ทำให้สามารถศึกษาครอสโอเวอร์มิติได้ในการทดลองโดยตรง
ในการทดสอบครั้งแรก นักฟิสิกส์ได้ตรวจสอบคุณสมบัติความสัมพันธ์ของโบซอนที่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งจำกัดอยู่ในผลึกแสงที่แปรผันได้ ในมิติผสม พวกเขาพบการสลายตัวแบบความชันสองลักษณะเฉพาะสำหรับฟังก์ชันสหสัมพันธ์แบบตัวเดียว ซึ่งสะท้อนความจริงที่ว่าอนุภาคเป็นแบบ 1D และ 2D ในเวลาเดียวกัน
“ระบบของเราเป็นแบบ 1D และ 2D พร้อมกัน” Yanliang Guo หนึ่งในผู้เขียนหลักของงานนี้ กล่าว “มันขึ้นอยู่กับว่าเราสอบปากคำระบบอย่างไร”
Hepeng Yao ซึ่งเป็น postdoc ในกรุงเจนีวา ซึ่งดำเนินการจำลองเชิงตัวเลขและวิเคราะห์ด้วยวิธีควอนตัมมอนติคาร์โลอันล้ำสมัย เห็นด้วย “ตอนนี้เราสามารถติดตามได้โดยตรงว่าการเปลี่ยนแปลงมิติของระบบอย่างต่อเนื่องส่งผลต่อคุณสมบัติรวมของของเหลวยิ่งยวดอย่างไร”
“การทดลองของเราสร้างความประหลาดใจให้กับเรา” Yanliang Guo กล่าว “จากการสร้างแบบจำลองเชิงตัวเลขคุณภาพสูงของเรา ตอนนี้เราสามารถใช้การวัดความสัมพันธ์เพื่อกำหนดอุณหภูมิของของเหลวควอนตัมของเราในแบบ 1 มิติ 2 มิติ และระหว่างนั้นด้วยความแม่นยำสูงมาก นี่อาจเป็นการเปิดเส้นทางสู่การค้นพบใหม่ๆ เช่น การสำรวจเฟสแก้วโบสที่เข้าใจยาก”
Hepeng Yao เห็นพ้องกันว่า “การวัดความสัมพันธ์เมื่อทำกับโบซอนที่อุณหภูมิต่ำมากโดยมีศักย์ไฟฟ้าแบบสุ่ม ควรแสดงลายเซ็นของแก้ว Bose”
ผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับสสารควอนตัมมิติต่ำและครอสโอเวอร์มิติของมัน