Desemmascarant l'empremta microscòpica en característiques de temperatura finita d'un gas Bose unidimensional

Un conjunt de partícules que es mouen al llarg d'una dimensió espacial sembla enganyosament senzill, però en realitat és un sistema extremadament complex a causa de la intricada interacció dels efectes quàntics, les col·lisions entre partícules i el moviment tèrmic.

Comprendre les propietats tèrmiques d'un conjunt de partícules bosòniques amb interaccions repulsives de contacte per parelles és fonamental per a la investigació bàsica i el desenvolupament de tecnologies quàntiques emergents, ordinadors quàntics i materials innovadors d'enginyeria, inclosos superconductors d'alta temperatura crítica. Els sistemes Bose unidimensionals s'han realitzat experimentalment des del 2004 amb gasos atòmics ultrafreds.

Un problema que romania sense resoldre fins ara era la comprensió global dels efectes de les excitacions microscòpiques sobre la dependència de la temperatura de les propietats termodinàmiques per a qualsevol interacció.

En un estudi publicat a SciPost Physics, els investigadors Giulia De Rosi, Grigori Astrakharchik i Jordi Boronat de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) juntament amb Riccardo Rota de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), van demostrar que la nova anomalia del forat (és a dir, el pic en la dependència de la temperatura de la calor específica) es deu a l'ocupació tèrmica d'estats situats per sota de la branca del forat en l'espectre d'excitació. A la temperatura d'anomalia, hi ha la ruptura de la descripció de quasipartícules de les excitacions que es mantenen a temperatures més baixes. Aquestes característiques de l'anomalia del forat al voltant de la temperatura crítica també són compartides per determinades transicions de fase i encreuaments en una dimensió.

Aquest estudi fomentarà més investigacions amb l'objectiu de caracteritzar les col·lisions en gasos Bose unidimensionals i proporcionar nous mètodes per a la mesura de la temperatura en experiments d'àtoms ultrafreds. La nova anomalia del forat es pot utilitzar com a simulador quàntic d'altres anomalies en sistemes atòmics, d'estat sòlid, electrònics i de spin.