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Tutti insieme quantisticamente

E’ noto che un sistema classico di particelle interagenti mediante un potenziale repulsivo sufficientemente piatto a corte distanze, o a “spalla”, può formare un cristallo nel quale più particelle coabitano nel medesimo sito reticolare sotto forma di cluster, poiché ciò diminuisce la sua energia potenziale. Nel caso unidimensionale, le fluttuazioni termiche probabilmente inibiscono la formazione di questa fase ordinata; tuttavia, essa si realizza ancora a temperatura nulla. Ma cosa avviene nel caso di un sistema quantistico? Per scoprirlo, in uno studio pubblicato su Physical Review Letters condotto da Gianluca Bertaina, Davide Galli, Davide Pini e Stefano Rossotti presso il Dipartimento di Fisica in collaborazione con Martina Teruzzi alla SISSA di Trieste, gli autori hanno simulato un fluido di particelle quantistiche in una dimensione interagenti tramite un potenziale a spalla repulsiva, ed hanno mostrato che, all’aumentare dell’intensità della repulsione, si ha il passaggio da un liquido fortemente correlato ad un quasi-solido di cluster.

From D. Pini

L’aspetto di maggiore interesse sta nel fatto che tale passaggio è una vera e propria transizione di fase indotta dalle fluttuazioni quantistiche. Se si fissa la densità in modo da avere soltanto cluster di due particelle, essa può essere descritta introducendo una hamiltoniana efficace di spin, nella quale il valore dello spin cambia a seconda che una particella sia più vicina alla sua vicina di destra o di sinistra, e quindi della tendenza a formare cluster a destra o a sinistra. Tali spin sono disordinati nella fase liquida, mentre sono allineati nella fase a quasi-solida. L’impronta del modello efficace è riscontrabile in uno specifico stato eccitato, il cui gap si annulla in corrispondenza della transizione, e la transizione tra le due fasi è nella classe di universalità del modello di Ising bidimensionale.

I risultati suggeriscono che per valori più alti della densità la transizione possa essere descritta mediante spin efficaci a più di due stati, e potrebbero essere rilevante per futuri esperimenti su atomi di Rydberg.

L’articolo è consultabile al link https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.215301

01 dicembre 2017
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