Eenvoudig model doorgrondt kristalformatie van bijzondere atomen
Onderzoekers van de Stichting FOM, de TU/e en de Universiteit van Buenos Aires hebben ontdekt waarom het aantal Rydbergatomen dat in een ultrakoud gas vormt, steeds minder varieert naarmate de atomen een sterkere interactie met elkaar hebben. Zij publiceerden hun resultaten op 22 juli in Physical Review Letters.
Rydbergatomen bevatten elektronen die ver van de atoomkern bewegen. Deze elektronen zijn niet sterk gebonden aan de kern. Rydbergatomen hebben daardoor een aantal vreemde eigenschappen – ze reageren bijvoorbeeld sterk op elektrische en magnetische velden. Ook hebben de Rydbergatomen een ontzettend sterke interactie met elkaar. Dat zorgt voor het zogenaamde 'blokkade-effect': nabij een Rydbergatoom kunnen geen andere Rydbergatomen meer ontstaan. Door slim gebruik te maken van deze blokkades, kunnen onderzoekers ruimtelijke structuren bouwen met de atomen, zoals kristallen. Het nieuwe onderzoek werpt nu nieuw licht op deze kristalvorming.
Wiskundig model
In hun publicatie vertalen de onderzoekers het ingewikkelde probleem naar een eenvoudiger grafenmodel. Dit wiskundige model bestaat uit een verzameling punten, de atomen, die met elkaar zijn verbonden. De atomen veranderen op willekeurige tijdstippen in Rydbergatomen. Daarbij voorkomen ze dat naburige deeltjes tegelijkertijd in Rydbergatomen kunnen veranderen. Het deeltjessysteem eindigt uiteindelijk in een stabiele situatie, waarin alle deeltjes Rydbergatomen zijn, óf geblokkeerd worden. Door te bestuderen hoe dit modelsysteem klem komt te zitten, konden de onderzoekers doorgronden waarom het aantal Rydbergatomen dat in een echt gas vormt, relatief weinig fluctuaties vertoont.
Theorie en experiment
"We waren verrast dat de theoretische resultaten zo sterk overeenkomen met de experimentele resultaten. Het model negeert namelijk belangrijke ruimtelijke aspecten, zoals de positie van ieder deeltje", zegt groepsleider Servaas Kokkelmans. Wegens het succes van het model, denkt het team dat natuurkundigen het ook kunnen gebruiken om andere deeltjessystemen te beschrijven waarin complexe interacties een rol spelen.
Contact
Servaas Kokkelmans, (040) 247 33 58.
Referentie
Jaron Sanders, Matthieu Jonckheere & Servaas Kokkelmans et al.
Sub-Poissonian statistics of jamming limits in ultracold Rydberg gases
http://arxiv.org/abs/1504.02624