Esperimenti

Esperimenti con atomi ultra-freddi: studio dei difetti attorno a transizioni di fase

Studiamo il meccanismo di produzione di difetti attorno alla transizione di fase normale-superfluido in un campione di atomi di sodio ultrafreddi.
Il meccanismo di Kibble-Zurek è responsabile della creazione di parti distinte nel sistema con parametri d’ordine differenti e di conseguenza di difetti nel condensato, come ad esempio solitoni o vortici.
Nel nostro condensato a forma di sigaro, i solitoni formati decadono rapidamente in strutture molto più stabili chiamate vortici solitonici, ovvero vortici allineati trasversalmente all’asse di simmetria del condensato allungato, caratterizzati anche dallo svuotamento parziale della densità atomica nel piano radiale che contiene il vortice.
Abbiamo osservato e caratterizzato tali strutture esotiche e vogliamo osservare direttamente la loro evoluzione temporale nel condensato e l’interazione e la ricombinazione con altri difetti, meccanismo alla base della turbolenza quantistica.

Un condensato di atomi di sodio è formato abbassando la temperatura attorno alla transizione di fase normale-superfluido. Se questo avviene velocemente, compaiono difetti nel parametro d'ordine a causa del meccanismo di Kibble-Zurek.

Immagini in assorbimento da 3 direzioni ortogonali di un condensato a sigaro dopo un lungo tempo di volo. La forma dello svuotamento nel profilo di densità indica la chiara presenza di vortici solitonici con opposta circolazione.