EO

Kinks, skinks en supersymmetrie

09 februari 2022 om 10:51 uur

Kinks en skinks zijn gelokaliseerde klompjes energie die door een materiaal kunnen bewegen, vergelijkbaar met hoe watergolven zich verplaatsen. Afbeelding van Dimitris Vetsikas via Pixabay

Supersymmetrie is een symmetrie waarvan vaak wordt verondersteld dat die tussen elementaire deeltjes in de natuur voorkomt. Natuurkundigen van de Universiteit van Amsterdam en QuSoft doen nu een voorstel voor een systeem waarin supersymmetrie ook waargenomen kan worden tussen klompjes energie in een materiaal – zogeheten kinks en skinks.


De onderzoekers publiceerden hun werk in Physical Review Letters.

 

 Supersymmetrie is een hypothetische symmetrie in de natuur die de bekende soorten elementaire deeltjes verbindt met andere deeltjes die daar heel erg op lijken: hun ‘superpartners'. Geïnspireerd door de schoonheid van dit idee hebben vaste-stoffysici voorgesteld om supersymmetrie ook te gebruiken voor een beter begrip van de ingewikkelde problemen, zoals het gedrag van grote groepen van sterk wisselwerkende kwantumdeeltjes - berekeningen waarvoor vaak een numerieke benadering, hoewel beperkt, de enige optie is.

 

Dat is in het bijzonder het geval voor elektronen in vaste-stofsystemen die interacties met elkaar hebben: een bron van onbeantwoorde vragen. Een goed voorbeeld is de vraag waarom en wanneer sommige materialen, bij relatief hoge temperaturen, volledig hun weerstand voor elektrische stroom kunnen verliezen en supergeleiders worden.

 

Om dergelijke vragen te kunnen beantwoorden, hebben natuurkundigen theoretische modellen ontworpen die expliciet gebruikmaken van supersymmetrie. Het doel is om een beter begrip te krijgen van de kwantumtoestanden van materie die bestaat uit fermionen, een deeltjesfamilie met soortgelijke eigenschappen als het elektron.

 

Kinks en skinks

Tot nu toe waren bovenstaande overwegingen vooral het werkterrein van de theoretici. In hun nieuwe artikel stellen Jiří Minář, Bart van Voorden en Kareljan Schoutens echter voor het eerst voor hoe zulke supersymmetrische systemen mogelijk ook in een laboratorium gerealiseerd kunnen worden, door gebruik te maken van neutrale aromen die afgekoeld worden tot een temperatuur vlak boven het absolute nulpunt, meer dan 270 graden Celsius onder nul. De atomen worden gemanipuleerd met lasers, waardoor ze in een hoge aangeslagen toestand worden gebracht, de zogeheten Rydbergtoestand, die het overbrengen van interacties tussen de atomen vergemakkelijkt. Zulke systemen van Rydbergatomen worden tegenwoordig veel gebruikt in laboratoria, onder meer omdat ze een van de meest veelbelovende platforms vormen voor de realisatie van een kwantumcomputer.

 

Het bestudeerde systeem kent topologische quasideeltjesexcitaties - gelokaliseerde klompjes energie die ook wel kinks worden genoemd - plus hun door supersymmetrie vereiste superpartners, de skinks. De onderzoekers waren in staat om een expliciet experimenteel protocol op te stellen om de dynamica van zowel kinks als skinks in te stellen en te detecteren. De opmerkelijke eigenschap van het system is dat de manier waarop de gemeten grootheden in de loop van de tijd veranderen identiek is voor kinks en skinks. Dat is een duidelijk experimenteel teken dat deze quasideeltjes inderdaad heel veel op elkaar lijken - met andere woorden: het toont de onderliggende supersymmetrie.

 

Meer dimensies

Het onderzoek richtte zich op het eenvoudigste scenario: een ééndimensionaal rooster waarin de atomen allemaal op een lijn zijn gerangschikt. Het werk biedt niet alleen inspiratie voor mogelijke experimentele realisaties van supersymmetrie aan de hand van bestaande technieken, maar ook voor het ontwerp van complexere simulatoren van supersymmetrische modellen in meer dan één dimensie - waarin de atomen in een plat vlak gerangschikt zijn, of zelfs in alle drie de dimensies. Er is bekend dat zulke systemen heel bijzondere eigenschappen hebben, waarvan de onderliggende natuurkunde nog altijd slecht begrepen is. Een kwantumsimulator van Rydbergatomen zou het juiste gereedschap kunnen zijn om in de toekomst dergelijke vragen te beantwoorden. 

 

Gerelateerd nieuws

3D-printmethode produceert in één stap werkende robots

3D-printmethode produceert in één stap werkende robots (video)

Een team van UCLA (VS) kan alle mechanische en elektronische systemen die nodig zijn om een ​​robot te bedienen in één keer vervaardigen door een nieuw type 3D-printproces voor gemanipuleerde actieve (meta…

30 miljoen euro voor demonstratieprojecten groene waterstof

30 miljoen euro voor demonstratieprojecten groene waterstof

Vanaf 21 juni is de regeling Demonstratie Energie- en Klimaatinnovatie (DEI+) open met een nieuw thema: Waterstof en Groene Chemie. Hiervoor is €30 miljoen beschikbaar. De regeling is open tot 10 januari 2023. Wie het…

ING: industrie kan productiviteit ondanks personeelstekorten opvoeren door digitalisering

ING: industrie kan productiviteit ondanks personeelstekorten opvoeren door digitalisering

Structurele personeelstekorten stellen de technologische industrie voor grote uitdagingen, stelt ING: alles moet wijken om de toch al hoge productiviteit verder op te voeren. Het optimaal inzetten van digitale…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Güdel Benelux
Güdel Benelux

Lineaire aandrijf componenten en oplossingen

Orfa Visser BV
Orfa Visser BV

Gespecialiseerd in Forceren, Dieptrekken, Flenswalsen, Lassen en Apparatenbouw.

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Tevema
Tevema

Leverancier van technische standaardveren en normdelen, leverbaar uit voorraad.

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

30 augustus 2022, Utrecht

Technishow + Esef

TechniShow is ingedeeld in verschillende sectoren waar productietechnieken, fases en toebehoren van het...

21 september 2022

Design to Manufacturing (voorheen Prototyping MNE)

Netwerkbeurs en competentieplatform voor wie betrokken is in slimme maak- en ontwerprocessen.

27 september 2022, Utrecht

WoTS

World of Technology & Science bedient bezoekers uit industrie, laboratoria, zorg en wetenschap.

Meer agendapunten »