ENGINEERINGNET.BE - Supersymmetrie is een hypothetische symmetrie in de natuur die de bekende soorten elementaire deeltjes verbindt met andere deeltjes die daar veel op lijken: hun ‘superpartners’.
Vaste-stoffysici hebben voorgesteld om supersymmetrie ook te gebruiken voor een beter begrip van bijvoorbeeld het gedrag van grote groepen sterk wisselwerkende quantumdeeltjes.
Een goed voorbeeld is de vraag waarom en wanneer sommige materialen, bij relatief hoge temperaturen, volledig hun weerstand voor elektrische stroom verliezen en supergeleiders worden.
Om zulke vragen te beantwoorden hebben natuurkundigen theoretische modellen ontworpen die gebruikmaken van supersymmetrie. Doel is om een beter begrip te krijgen van de quantumtoestanden van materie die bestaat uit fermionen, een deeltjesfamilie met soortgelijke eigenschappen als het elektron.
Onderzoekers van de UvA en Qusoft stellen nu voor het eerst voor hoe zulke supersymmetrische systemen mogelijk ook in een laboratorium zijn te realiseren, door gebruik te maken van neutrale atomen die afgekoeld worden tot een temperatuur vlak boven het absolute nulpunt.
De atomen worden gemanipuleerd met lasers, waardoor ze in een hoge aangeslagen toestand worden gebracht, ofwel Rydbergtoestand, die het overbrengen van interacties tussen atomen vergemakkelijkt.
Het bestudeerde systeem kent topologische quasideeltjesexcitaties: gelokaliseerde klompjes energie die ook wel kinks worden genoemd en hun door supersymmetrie vereiste superpartners, de skinks.
De onderzoekers waren in staat om een experimenteel protocol op te stellen om de dynamica van kinks en skinks in te stellen en te detecteren. De opmerkelijke eigenschap van het systeem is dat de manier waarop de gemeten grootheden in de loop van de tijd veranderen identiek is voor kinks en skinks. Dit toont de onderliggende supersymmetrie.
Het nieuwe onderzoek richtte zich op het eenvoudigste scenario: een ééndimensionaal rooster waarin alle atomen op een lijn zijn gerangschikt.
Dit biedt inspiratie voor mogelijke experimentele realisaties van supersymmetrie aan de hand van bestaande technieken, en voor het ontwerp van complexere simulatoren van supersymmetrische modellen in meer dan één dimensie.
Er is bekend dat zulke systemen bijzondere eigenschappen hebben, waarvan de onderliggende natuurkunde nog altijd slecht begrepen is. Een quantumsimulator van Rydbergatomen kan het juiste gereedschap zijn om in de toekomst dergelijke vragen te beantwoorden.
