Sistemi fermionici fortemente correlati
Lo scopo di questo esperimento è lo studio di sistemi fortemente correlati composti da atomi fermionici di <sup>6</sup>Li. In particolare, ci proponiamo di esplorare la fisica del BEC-BCS crossover cambiando la lunghezza di scattering tra i fermioni mediante delle risonanze magnetiche di Feshbach particolarmente larghe che esistono per gli atomi di litio. Grazie a questa proprietà unica, si può caratterizzare la transizione da un condensato di Bose-Einstein (BEC) di molecole bosoniche Li<sub>2</sub> (dove a> 0) ad un superfluido fermionico al centro della risonanza dove a = ± ∞, come mostrato in Fig. 1. In questo regime, il sistema può essere efficacemente descritto nella pittura di coppie di Cooper “generalizzate”, imitando in questo modo la fisica dei superconduttori ad alta temperatura, T<sub>c</sub>. Infatti, la temperatura critica T<sub>c</sub> per conseguire la superfluidità è dell’ordine della temperatura di Fermi T<sub>F</sub> (T<sub>c</sub> / T<sub>F</sub> ~ 0.16), rendendo questi sistemi atomici i superfluidi fermionici con la più alta temperatura critica. La lunghezza di correlazione delle coppie fermioniche al crossover è dell’ordine della distanza inter-particelle (~ 0.5 micron), cioè molto inferiore alla dimensione tipica delle coppie di Cooper BCS standard, che è comparabile alla dimensione dell’intero gas. Nel nostro sistema, studieremo sia sistemi tridimensionali che bidimensionali, in quest’ultimo caso studiando la fisica della transizione Berezinskii-Kosterlitz-Thouless, una transizione topologica caratteristica dei sistemi 2D .
L’apparato sperimentale ha un ampio accesso ottico per avere la possibilità di imprimere potenziali ottici arbitrari per manipolare il campione atomico. Questo apre la possibilità di studiare diverse realizzazioni geometriche come una barriera repulsiva, oppure potenziali disordinati via campi laser speckle.
Ora, stiamo infatti studiando la dinamica di fermioni ultrafreddi attraverso una barriera sottile, generata sovrapponendo al campione atomico una barriera sottile repulsiva (vedi Fig.2). In questo modo studiamo l’analogo di una giunzione Josephson, tipica dei sistemi di materia condensata. In particolare, stiamo caratterizzando l’oscillazione coerente di coppie tra le due “buche” di potenziale indotta da una differenza iniziale tra le popolazioni delle due buche stesse. Dal momento che possiamo produrre sia un superfluido bosonico (BEC di molecole) che fermionico (al crossover) abbiamo la possibilità unica di studiare la dinamica Josephson al variare dell’interazione, testando in questo alcune teorie attuali e ancora dibattute che descrivono sistemi fermionici fortemente correlati.
Nel prossimo futuro, vogliamo studiare gli effetti sul superfluido di un potenziale disordinato introdotto da un campo speckle. La competizione tra superfluidità e disordine è uno dei temi più intriganti ma ancora non pienamente compreso in fisica moderna, che influenza il comportamento osservato nei superfluidi e nei superconduttori.
Pannello superiore: risonanze di Feshbach per gli atomi di 6Li. Grazie alle proprieta’ di scattering uniche possiamo studiare tre differenti regimi: un gas degenere di Fermi debolmente interagente (DFG), una BEC molecolare (mBEC) ed infine un gas superflu
Immagine e profilo di densita’ di una BEC molecolare in presenza di una barriera di potenziale che sta infatti dividendo la BEC in due parti distinte ma ancora debolmente connesse. In questo modo ricreiamo l’analogo di una giunzione Josephson. Possiamo st