Universiteit van Amsterdam

Atoomchip maakt exacte thermodynamica kwantumgas meetbaar

Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam (UvA), Stichting FOM en de University of Queensland (Australië) zijn er in geslaagd de temperatuur en dichtheid te meten van een kwantumgas dat slechts in één richting kan bewegen. De gemeten waarden komen verbazend goed overeen met exacte berekeningen volgens een methode die Nobelprijswinnaar C.N. Yang en zijn broer C.P. Yang al in 1969 ontwikkelden. De resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Physical Review Letters. De redactie selecteerde het artikel als Editors' Suggestion.

Natuurkundige Aaldert van Amerongen en zijn collega's prepareerden het gas met behulp van een microchip. Deze 'atoomchip' maakt het mogelijk om gasatomen samen te persen langs een lijn zodat een zeer langgerekte wolk ontstaat. Zij koelden de naaldvormige gaswolk, honderd keer dunner dan een haar, tot een temperatuur van zo'n 100 miljardste graad boven het absolute nulpunt. Bij deze extreem lage temperatuur kan het gas zich nog maar in één richting bewegen en gedraagt het zich dus eendimensionaal. Op deze manier hebben de onderzoekers voor het eerst, bijna veertig jaar na de introductie van de theorie, een meting gerealiseerd aan een 'Yang-Yang-gas' van atomen. Wat is er zo bijzonder aan het Yang-Yang-gas? In de driedimensionale kwantumwereld is het te complex gebleken het thermisch gedrag van meer dan twee atomen exact (zonder benaderingen) te berekenen. Met de theorie van Yang en Yang is dit wel mogelijk voor een gas van heel veel atomen mits het gas is opgesloten in één dimensie. De wetenschappers laten nu voor het eerst zien dat de exact berekende thermodynamica van de gaswolk overeenkomt met laboratoriummetingen.
Promovendus Aaldert van Amerongen verdedigt op 30 mei zijn proefschrift over dit onderzoek, One-dimensional Bose gas on an atom chip, aan de Universiteit van Amsterdam.

Het onderzoek werd mede mogelijk gemaakt door NWO, FOM en de EU. Het Amsterdam nanoCenter fabriceerde de atoomchip.

Publicatiegegevens
A.H. van Amerongen, J.J.P. van Es, P. Wicke, K.V. Kheruntsyan en N.J. van Druten: 'Yang-Yang thermodynamics on an Atom Chip', Physical Review Letters 100, 090402 (2008).

Download hier het volledige artikel: http://staff.science.uva.nl/~druten/pub/prl100-090402.pdf