Fisikawan di Universitas Heidelberg telah mengembangkan teori yang menyatukan dua pandangan bertentangan tentang bagaimana pengotor berperilaku dalam sistem banyak-tubuh kuantum. Kerangka kerja tersebut menjelaskan bagaimana bahkan partikel yang sangat berat dapat memungkinkan pembentukan kuasipartikel melalui gerakan kecil. Kemajuan ini dapat memengaruhi eksperimen pada gas ultradingin dan material canggih.
Peneliti di Institut Fisika Teoretis Universitas Heidelberg telah menciptakan kerangka teoretis baru yang menangani teka-teki puluhan tahun dalam fisika banyak-tubuh kuantum. Pekerjaan ini berfokus pada perilaku satu partikel tak biasa, seperti elektron atau atom eksotis, dalam lingkungan padat fermion, sering disebut lautan Fermi. Sebelumnya, para ilmuwan memandang pengotor semacam itu dengan dua cara yang tidak kompatibel: baik sebagai entitas bergerak yang membentuk kuasipartikel yang disebut polarion Fermi atau sebagai pengganggu hampir stasioner dalam bencana ortogonalitas Anderson, di mana pengotor berat mengubah fungsi gelombang sekitarnya dan mencegah munculnya kuasipartikel. Model tim Heidelberg menjembatani paradigma ini dengan menunjukkan bahwa bahkan pengotor yang sangat berat tidak sepenuhnya diam. Saat sistem sekitarnya menyesuaikan diri, partikel ini melakukan pergeseran kecil yang menciptakan celah energi, memungkinkan pembentukan kuasipartikel di lingkungan yang sangat berkorelasi. Wawasan ini juga menjelaskan transisi dari keadaan polaronik ke keadaan kuantum molekuler. «Kerangka teoretis yang kami kembangkan menjelaskan bagaimana kuasipartikel muncul dalam sistem dengan pengotor yang sangat berat, menghubungkan dua paradigma yang selama ini dianggap terpisah», kata Eugen Dizer, calon doktor di kelompok Teori Materi Kuantum yang dipimpin oleh Prof. Dr. Richard Schmidt. Teori ini berlaku di berbagai dimensi dan jenis interaksi, menawarkan alat serbaguna untuk menggambarkan pengotor kuantum. Prof. Schmidt mencatat, «Penelitian kami tidak hanya memajukan pemahaman teoretis tentang pengotor kuantum tetapi juga relevan secara langsung untuk eksperimen yang sedang berlangsung dengan gas atom ultradingin, material dua dimensi, dan semikonduktor baru». Dilakukan di bawah Cluster of Excellence STRUCTURES Universitas Heidelberg dan Pusat Penelitian Kolaboratif ISOQUANT 1225, temuan ini muncul di Physical Review Letters dengan judul «Mass-Gap Description of Heavy Impurities in Fermi Gases» oleh Xin Chen, Eugen Dizer, Emilio Ramos Rodríguez, dan Richard Schmidt.