Po raz pierwszy zobrazowano kryształy Pauliego

Reguła Pauliego (zakaz Pauliego) to jedna z podstawowych zasad opisu jąder atomowych i atomów. Wynika z niej cały szereg podstawowych właściwości materii. Mówi ona, że w układzie fermionów dwie cząstki nie mogą przebywać w tym samym stanie kwantowym, czyli nie mogą mieć jednakowych liczb kwantowych. Z tego zaś można wyprowadzić wniosek o istnieniu szczególnych struktur geometrycznych zwanych kryształami Pauliego. Właśnie po raz pierwszy udało się je zaobserwować.

Kryształy Pauliego to – dotychczas tylko teoretycznie przewidywane – wyjątkowe struktury geometryczne tworzone przez fermiony podlegające zakazowi Pauliego. Naukowcy z Uniwersytetu w Heidelbergu poinformowali właśnie o dokonaniu pierwszych obserwacji tych struktur. W opublikowanej na łamach arXiv pracy Observation of Pauli Crystals [PDF], czytamy: w przeciwieństwie do prawdziwej fazy krystalicznej, te unikatowe wysoko zorganizowane korelacje pojawiają się nawet bez interakcji. Opisujemy tutaj bezpośrednią obserwację kryształów Pauliego w systemie ultrazimnych atomów umieszczonych w dwuwymiarowym potencjalne oscylatora harmonicznego.

Naukowcy informują, że do powstania kryształów Pauliego dochodzi w pułapce, nawet jeśli uwięzione w niej fermiony nie wchodzą między sobą w żadne interakcje. W przeciwieństwie do klasycznych kryształów, powstała tu struktura nie jest oczywista bezpośrednio w rozkładzie gęstości, ale ujawnia się w korelacjach względnych pozycji. Stan podstawowy jest koherentną superpozycją wszystkich możliwych konfiguracji kryształu.

Niemieccy uczeni zauważają, że wiarygodności uzyskanym wynikom dodaje ich zgodność z teoretycznymi przewidywaniami.

Podczas badań naukowcy wykorzystali laserową pułapkę, w której uwięzili chmurę atomów litu-6. Atomy zostały schłodzone do bardzo niskiej temperatury, co wymusiło na nich ułożenie się w jednoatomową płaską warstwę. Następnie wykonano liczne fotografie fermionów spełniających założone warunki i w ten sposób zobrazowano kryształy Pauliego. Uczeni mówią, że ich technika może zostać wykorzystana do badania innych zjawisk związanych z gazami z fermionów.

kryształy Pauliego zakaz Pauliego reguła Pauliego fermion