Transición de fase cuántica de superfluido a un estado de Mott observada en un condensado de Bose-Einstein en una red óptica

Las transiciones de fase cuánticas están relacionadas con la superconductividad de alta temperatura pero son muy difíciles de estudiar experimentalmente. Normalmente presentan múltiples fases cuánticas simultáneamente lo que complica mucho la interpretación de las medidas experimentales. Los condensados de Bose-Einstein (BEC) son ideales para estudiarlas pero se requiere una técnica que retenga el condensado durante las medidas. Las redes ópticas son ideales para ello ya que permiten retener los átomos ultrafríos mientras se realizan medidas sobre sus propiedades cuánticas, como han demostrado Nathan Gemelke et al. en Nature en un artículo en el que presentan la observación de la transición cuántica del BEC entre un estado superfluido y una fase de tipo Mott (muy importante en el estudio de superconductores). El artículo técnico es Nathan Gemelke, Xibo Zhang, Chen-Lung Hung, Cheng Chin, “In situ observation of incompressible Mott-insulating domains in ultracold atomic gases,” Nature 460: 995-998, 20 August 2009 [ArXiv preprint].

La observación de la transición de fase cuántica (las transiciones de fase que pueden ocurrir incluso a temperatura cero) entre un estado de superfluido y un estado aislante de Mott se obervó por primera vez en 2002 (publicado en Nature). Desafortunadamente su estudio en detalle es muy difícil porque en la muestra se mezclan múltiples fases cuánticas lo que complica la interpretación de las medidas. Gemelke et al. han logrado resolver ópticamente la estructura espacial del condensado de Bose-Einstein (BEC) durante la transición de fase, lo que permite estudiar en detalle todas sus propiedades, incluyendo la medida directa de la temperatura finita de sistema. Han utilizado un BEC de átomos de cesio que han comprimido verticalmente para que se acople a la red óptica. Los resultados experimentales verifican varios resultados teóricos previos sobre la estructura general de la transición mostrando detalles más allá de la teoría que requerirán avances teóricos futuros.

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