Transições de fases quânticas de átomos ultrafrios imersos em uma rede de vórtices atômica

• Processo: 17/15753-5
• Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Vigência (Início): 01 de dezembro de 2017
• Vigência (Término): 30 de novembro de 2019
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Atômica e Molecular
• Pesquisador responsável: Vanderlei Salvador Bagnato
• Beneficiário: Pedro Ernesto Schiavinatti Tavares
• Instituição-sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos, SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/07276-1 - CEPOF - Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica, AP.CEPID
• Assunto(s): Condensado de Bose-Einstein Gases atômicos ultrafrios Rede de vórtices Transição de fase quântica

Resumo

A obtenção e estudos de vórtices e turbulência quântica em condensados de Bose-Einstein (BEC) tem sido, ao longo dos últimos anos, o carro-chefe de pesquisas em Física Atômica e Molecular dentro do Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica. De modo a dar continuidade e estender esses estudos, um novo aparato experimental foi construído para a produção de condensados com duas espécies atômicas, sódio (23Na) e potássio (41K). Nesse projeto propomos implementar uma rota para a produção e estudos de átomos ultrafrios imersos em uma rede de vórtices de um BEC, explorando diferentes regimes de interação entre as espécies. Inicialmente, iremos induzir e caracterizar as ressonâncias de Feshbach entre essas espécies atômicas com a aplicação de um campo magnético homogêneo. Para os experimentos sucedentes, a rede de vórtice será produzida no condensado de 23Na utilizando a técnica de stirring beam, sem perturbar a nuvem de átomos de potássio. Variando a interação entre as espécies, queremos demonstrar que uma rede de vórtices é equivalente à uma rede óptica para aprisionar átomos ultrafrios. Esse estudo será inovador na área de átomos ultrafrios pois fornecerá uma nova ferramenta para simularmos sistemas e modelos em física da matéria condensada. Especificamente, utilizando átomos ultrafrios imersos em rede de vórtices iremos simular experimentalmente os modelos de Bose-Hubbard para uma rede estática e Bose-Hubbard estendido para uma rede fora do equilíbrio. Em cada uma das situações, investigaremos as transições de fases quânticas entre superfluido e isolante de Mott. Uma vez mostrado que átomos ultrafrios podem ser aprisionados nos núcleos dos vórtices, iremos estudar a dinâmica dos chamados vórtices maciços. Os estudos propostos nesse projeto serão fundamentais (e, de fato, o passo inicial) para para a sequência de investigações que se pretende fazer no experimento com a mistura de duas espécies atômicas, pois fornecerão ferramentas para analisar e entender melhor os fenômenos envolvendo a formação e dinâmica de vórtices e turbulência quântica.