Fysiker vid Heidelbergs universitet har utvecklat en teori som förenar två motstridiga synsätt på hur orenheter beter sig i kvantmånga-kroppssystem. Ramverket förklarar hur även extremt tunga partiklar kan möjliggöra bildandet av kvasipartiklar genom små rörelser. Denna framsteg kan påverka experiment med ultrakalla gaser och avancerade material.
Forskare vid Institutet för teoretisk fysik vid Heidelbergs universitet har skapat ett nytt teoretiskt ramverk som adresserar ett årtionden gammalt pussel inom kvantmånga-kroppsfysik. Arbetet fokuserar på beteendet hos en enda ovanlig partikel, såsom en exotisk elektron eller atom, i en trång miljö av fermioner, ofta kallad Fermi-hav. Tidigare betraktade forskare sådana orenheter på två oförenliga sätt: antingen som mobila entiteter som bildar kvasipartiklar kallade Fermi-polaroner eller som nästintill stationära störningar i Andersons ortogonalitetskatastrof, där tunga orenheter förändrar omgivande vågfunktioner och förhindrar kvasipartiklars uppkomst. Heidelbergs teams modell överbryggar dessa paradigm genom att visa att även mycket tunga orenheter inte är helt immobila. När det omgivande systemet anpassar sig gör dessa partiklar små förskjutningar som skapar ett energigap, vilket möjliggör kvasipartiklers bildande i starkt korrelerade miljöer. Denna insikt förklarar också övergången från polaroniska till molekylära kvanttillstånd. «Det teoretiska ramverk vi utvecklat förklarar hur kvasipartiklar uppstår i system med en extremt tung orenhet och kopplar samman två paradigm som länge behandlats separat», säger Eugen Dizer, doktorand i kvantmaterieteorigruppen ledd av prof. Dr. Richard Schmidt. Teorin gäller över olika dimensioner och interaktionstyper och erbjuder ett mångsidigt verktyg för att beskriva kvantorenheter. Prof. Schmidt noterade: «Vår forskning avancerar inte bara den teoretiska förståelsen av kvantorenheter utan är också direkt relevant för pågående experiment med ultrakalla atomgaser, tvådimensionella material och nya halvledare.» Utförd inom Heidelbergs universitets STRUCTURES Cluster of Excellence och det samarbetsforskningscentret ISOQUANT 1225 publiceras resultaten i Physical Review Letters under titeln «Mass-Gap Description of Heavy Impurities in Fermi Gases» av Xin Chen, Eugen Dizer, Emilio Ramos Rodríguez och Richard Schmidt.