Σε αυτό το άρθρο, ο Κώστας Μουλουδάκης, υποψήφιος διδάκτορας στο Τμήμα μας, ο Μιχάλης Λουλάκης, Αναπληρωτής Καθηγητής στον Τομέα Μαθηματικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, και ο Γιάννης Κομίνης, Αναπληρωτής Καθηγητής στο Τμήμα μας, χρησιμοποιούν τη θεωρία κβαντικής μέτρησης και εισάγουν την εικόνα κβαντικών τροχιών στις συγκρούσεις ανταλλαγής σπιν σε θερμά αλκαλικά αέρια. Η κατανόηση της φυσικής των συγκρούσεων ανταλλαγής σπιν, που προκύπτουν από την αλληλεπίδραση ανταλλαγής του Pauli, είναι θεμελιώδης για μια ευρεία περιοχή βασικής και εφαρμοσμένης έρευνας , από την ιατρική απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού και την πυρηνική φυσική με πολωμένα ευγενή αέρια, μέχρι την κβαντική μετρολογία, την κβαντική ανίχνευση και τη βιομαγνητική απεικόνιση.
Από τη δεκαετία του 1960 μέχρι σήμερα, οι συγκρούσεις ανταλλαγής σπιν περιγράφονται με μη γραμμικές εξισώσεις κίνησης του πίνακα πυκνότητας σε επίπεδο μακροσκοπικού συνόλου ατόμων. Για πρώτη φορά, οι συγγραφείς αυτού του άρθρου αποκαλύπτουν τα κβαντικά θεμέλια των συγκρούσεων αυτών σε επίπεδο μοναδιαίων ατόμων. Σαν μια πρώτη εφαρμογή, ο θόρυβος σπιν, δηλαδή οι αυθόρμητες κβαντικές διακυμάνσεις του συλλογικού σπιν ενός θερμού αερίου αλκαλικών ατόμων, θεμελιώδους σημασίας για την τεχνολογία κβαντικής ανίχνευσης, περιγράφεται εδώ από πρώτες αρχές. Επιπλέον, ένα περίπλοκο φαινόμενο που έχει να κάνει με συσχετίσεις του θορύβου σπιν σε πολυ-αλκαλικά αέρια αναλύεται εδώ διεξοδικά, υποστηρίζοντας μια προηγούμενη μέτρηση που είχε γίνει στο Εργαστήριο Κβαντικής Φυσικής και Κβαντικής Βιολογίας του Τμήματος.
Η έρευνα αυτή μπορεί να οδηγήσει σε αρκετά βαθύτερη αντίληψη των κβαντικών φαινομένων στην επιστημονική περιοχή της κβαντικής ανίχνευσης, φαινόμενα που σχετίζονται με σύμφωνη δυναμική και κβαντικές συσχετίσεις σε συστήματα πολλών σωμάτων.
Ερευνητικό Άρθρο: “Quantum trajectories in spin-exchange collisions reveal the nature of spin-noise correlations in multi-species alkali vapors”, K. Mouloudakis, M. Loulakis, I. K. Kominis, Physical Review Research 1, 033017 (2019).
