1931'den bir fikir
1931'de fizikçi Hans Bethe, belirli tek boyutlu kuantum sistemlerindeki parçacıkların kolektif durumlar oluşturabileceğini öne sürdü. Bu durumlar daha sonra onun adını aldı. Moleküllerden farklı olarak Bethe stringleri kimyasal bağlarla bir arada tutulmaz. Parçacıklar etkileşim biçimleri nedeniyle bağlı kalır ve bu durumlar yalnızca tek boyutta var olabilir.
Yaklaşık bir yüzyıl boyunca esas olarak teorik bir fikir olarak kaldılar. Innsbruck Üniversitesi'ndeki bir ekip, Amsterdam Üniversitesi ve Münih Teknik Üniversitesi'ndeki teori gruplarıyla çalışarak bunları bir ultrakol atom gazında oluşturdu ve tespit etti. Çalışma Nature Communications'ta yayımlandı.
Dar tüplerde soğuk atomlar
Hanns-Christoph Naegerl liderliğindeki deney, mutlak sıfırın birkaç milyarda biri kadar soğutulmuş bir sezyum atomu bulutuyla başladı. Araştırmacılar daha sonra bulutu birkaç bin çok dar tüpe ayırdı. Her tüpün içinde atomlar yalnızca tek bir yönde hareket edebilir; bu da stringlerin ihtiyaç duyduğu tek boyutlu ortamı yaratır.
Ekip ayrıca atomların ne kadar güçlü etkileşime girdiğini ayarlayabiliyor. Etkileşimleri itici olandan çekici olana değiştirdiklerinde atomlar birbirine bağlandı. Tek bir gruba çökmek yerine birkaç farklı boyutta bağlı durum oluşturdular ve daha büyük kümelerden bazıları altı veya daha fazla parçacık barındırdı.
Stringleri sağlam bırakan çarpışmalar
Zor kısım, parçacıkların gerçekten bağlı olduğunu kanıtlamaktı. Bir test, stringlerin hâlâ tüplerine hapsedilmiş haldeyken genişlemesine izin verdi. Genişlerken stringler karşılaştı ve çarpıştı, ancak bağlı yapılar ayakta kaldı. Baş yazar Milena Horvath, "Bu, stringlerin dikkat çekici bir özelliği: parçalanmadan çarpışabiliyorlar" dedi.
İkinci bir test, hapsetmeyi kaldırdı ve atomların üç boyutlu uzaya yayılmasına izin verdi. Bethe stringleri yalnızca tek boyutta var olduğundan bağlı durumlar parçalandı ve onları bir arada tutan enerji harekete dönüştü. Atomlar daha sonra daha hızlı yayıldı ve bu ekstra enerji araştırmacılara stringlerin açık bir imzasını verdi.
Grup, sistemin kuantum çok cisimli fiziği incelemek için kontrol edilebilir yeni bir platform sunduğunu söylüyor. Bethe stringleri daha önce katı hal mıknatıslarında görülmüştü, ancak soğuk atomlar araştırmacıların geometriyi, yoğunluğu ve etkileşim gücünü yüksek hassasiyetle ayarlamasına olanak tanıyor.