Một nhóm nghiên cứu quốc tế đến từ Innsbruck và Geneva lần đầu tiên đã thăm dò sự giao thoa chiều của vật chất lượng tử cực lạnh. Trong chế độ giữa một và hai chiều, các hạt lượng tử cảm nhận thế giới của chúng là 1D hoặc 2D tùy thuộc vào thang độ dài mà chúng được thăm dò: Đối với khoảng cách ngắn, thế giới của chúng là 1D, nhưng nó là 2D đối với khoảng cách xa.
Kết quả thu được từ phép đo tương quan vừa được công bố trên tạp chí Vật lý tự nhiên.
Cư dân ở các thành phố nội thành Manhattan hay Miami đều đã biết điều đó: Đối với những khoảng cách ngắn, chỉ bằng chiều dài của một dãy nhà, thế giới bên trong “hẻm núi đô thị” của thành phố dường như là một chiều. Chỉ có một hướng được ưa thích. Tuy nhiên, với những con đường giao nhau có khoảng cách xa hơn, thế giới có hai chiều: Người ta có thể khám phá hướng ngang khi đi đủ xa.
Các hạt lượng tử, bị giới hạn ở nhiệt độ cực thấp trong các “hẻm núi quang học” với khả năng truyền đường hầm lượng tử đến các hẻm núi lân cận, cũng “biết” chiều của chúng là gì: Chúng là 1D đối với khoảng cách ngắn, nhưng là 2D đối với khoảng cách xa. Hành trạng như vậy gần đây đã được tiết lộ trong một công trình nghiên cứu chung về lý thuyết-thí nghiệm của các nhà nghiên cứu thuộc Khoa Vật lý Thực nghiệm tại trường Đại học Innsbruck và tại Khoa Vật lý Vật chất Lượng tử tại trường Đại học Geneva.
Các hệ lượng tử ở trạng thái giảm chiều và ở nhiệt độ cực thấp trong chế độ siêu chảy và suy thoái lượng tử đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu phong phú. Các chất siêu lỏng hai chiều có thể chứa các kích thích tôpô và các hệ thống một chiều tương tác có vô số tính chất khác thường, trong đó quá trình lên men của boson là một trong những tính chất nổi bật nhất.
Người ta biết rất ít về cơ chế của sự giao thoa các chiều: Làm thế nào để các chất siêu lỏng boson 2D tương tác mạnh kết nối với các boson được lên men trong 1D? Sử dụng các nguyên tử lạnh làm nền tảng nghiên cứu, sự giao thoa chiều giờ đây có thể được nghiên cứu trực tiếp trong thí nghiệm.
Trong thử nghiệm đầu tiên, các nhà vật lý đã khảo sát các đặc tính tương quan của các boson tương tác giới hạn trong các tinh thể ánh sáng biến đổi. Trong không gian hỗn hợp, họ đã tìm thấy sự phân rã hai độ dốc đặc trưng cho hàm tương quan một vật thể, phản ánh thực tế là các hạt đồng thời là 1D và 2D.
“Hệ thống của chúng tôi là 1D và 2D đồng thời,” một trong những tác giả chính của công trình này, Yanliang Guo, một postdoc ở Innsbruck cho biết. “Nó phụ thuộc vào cách chúng tôi thẩm vấn hệ thống.”
Hepeng Yao, một postdoc ở Geneva, người đã thực hiện mô phỏng và phân tích số bằng phương pháp Monte Carlo lượng tử tiên tiến nhất, đồng ý. “Bây giờ chúng tôi có thể theo dõi trực tiếp sự thay đổi liên tục về chiều của hệ thống ảnh hưởng như thế nào đến các đặc tính chung của chất siêu lỏng.”
Yanliang Guo cho biết: “Các thí nghiệm của chúng tôi đã mang đến cho chúng tôi một điều bất ngờ”. “Dựa trên mô hình số chất lượng cao của chúng tôi, giờ đây chúng tôi có thể sử dụng các phép đo tương quan để xác định nhiệt độ của chất lỏng lượng tử ở dạng 1D, 2D và ở giữa với độ chính xác rất cao. Điều này có thể mở ra con đường cho những khám phá mới, chẳng hạn như việc khám phá pha kính Bose khó nắm bắt.”
Hepeng Yao đồng tình: “Các phép đo tương quan, khi được thực hiện đối với boson ở nhiệt độ rất thấp với sự có mặt của một điện thế ngẫu nhiên, sẽ cho thấy các dấu hiệu của kính Bose”.
Các kết quả sẽ đóng vai trò là điểm khởi đầu cho nghiên cứu sâu hơn về vật chất lượng tử chiều thấp và sự giao thoa chiều của nó.