Desenmascarando la huella digital microscópica en características de temperatura finita de un gas Bose unidimensional

Comprender las propiedades térmicas de un conjunto de partículas bosónicas con interacciones repulsivas de contacto por pares es fundamental para la investigación básica y el desarrollo de tecnologías cuánticas emergentes, computadoras cuánticas y materiales innovadores de ingeniería, incluidos los superconductores de alta temperatura crítica. Los sistemas Bose unidimensionales se han realizado experimentalmente desde 2004 con gases atómicos ultrafríos.

Un problema que permaneció sin resolver hasta ahora fue la comprensión global de los efectos de las excitaciones microscópicas sobre la dependencia de la temperatura de las propiedades termodinámicas para cualquier interacción.

En un estudio publicado en SciPost Physics, los investigadores Giulia De Rosi, Grigori Astrakharchik y Jordi Boronat de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) junto con Riccardo Rota de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), demostraron que la nueva anomalía del agujero (es decir, el pico en la dependencia de la temperatura del calor específico) se debe a la ocupación térmica de los estados ubicados debajo de la rama del hueco en el espectro de excitación. A la temperatura de anomalía, se rompe la descripción de las cuasipartículas de las excitaciones que se mantienen a temperaturas más bajas. Estas características de la anomalía del agujero alrededor de la temperatura crítica también son compartidas por ciertas transiciones de fase y cruces en una dimensión.

Este estudio fomentará futuras investigaciones con el objetivo de caracterizar colisiones en gases Bose unidimensionales y proporcionar nuevos métodos para medir la temperatura en experimentos con átomos ultrafríos. La nueva anomalía del agujero puede usarse como un simulador cuántico de otras anomalías en sistemas atómicos, de estado sólido, electrónicos y de espín.