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alla Macro Area: SISTEMI, COMPONENTI & MATERIALI OTTICI EVOLUTIalla Linea di Ricerca: Gas Atomici Quantistici Degeneri
Simulatori quantistici artificiali per lo studio di nuove fasi della materia: disordine e correlazioni in sistemi quantistici a molti corpi su reticol

L'esperimento, nel contesto del progetto ArtiQuS finanziato dal MIUR (RBFR12NLNA), ha l'obiettivo generale di studiare nuove fasi quantistiche di bosoni in reticoli in presenza di disordine e in sistemi fuori dall'equilibrio equilibrio. L'esperimento si svolge in un apparato di atomi ultrafreddi ospitato presso il Laboratorio Europeo di Spettroscopia Non-lineare (LENS), dove siamo in grado di produrre sistemi bosonici 1D con disordine e interazioni controllabili, e in collaborazione con le unità teoriche situate alla Scuola Normale Superiore (SNS) di Pisa e presso l'Università di Padova. Sul primo argomento ci proponiamo di caratterizzare completamente il regime fortemente correlato in presenza di disordine a temperatura finita. Stabilendo una connessione con la teoria a temperatura nulla, avremo la prima vera caratterizzazione delle varie fasi quantistiche previste in un sistema bosonico disordinato. Nel secondo argomento studieremo la termalizzazione di un sistema a molti corpi unidimensionale in presenza di un quench quantistico nell'attraversare una transizione di fase quantistica. La combinazione delle dinamiche fuori dall' equilibrio con il disordine aprirà un nuovo e affascinante campo di studi.
ArtiQuS è iniziato a marzo 2013 e allo stato dell'arte attuale si è focalizzato sulla caratterizzazione del primo argomento. Combinando misure di coerenza, di trasporto e gli spettri di eccitazione, si è ottenuta la prova di un regime isolante che si estende da debole a forte interazione e circonda un regime superfluido, in accordo generale con la teoria fatta a temperatura zero [1]. Questo primo confronto fra un esperimento a temperatura finita e la teoria a temperatura zero ha permesso di aprire il percorso a un'indagine pionieristica dell'effetto della temperatura su un isolante bosonico disordinato [2].
Abbiamo anche studiato il trasporto dipendente dal momento di bosoni 1D disordinati e impiegando l'annullamento del momento critico per l'instabilità osservata si riesce a osservare la transizione da fluido a isolante guidata dal disordine, sul piano interazione-disordine [3]. L'instabilità osservata suggerisce l'attivazione quantistica di phase slips, ma uno studio dettagliato del damping misurato nell'oscillazione in un reticolo debolesi è rivelato necessario per determinare la natura quantistica degli eventi di phase slips [4].
Gli studi descritti aprono la strada all' esplorazione del ruolo della temperatura, anche in connessione con i modelli di localizzazione a molti corpi [5].
[1] C. D’Errico, E. Lucioni, L. Tanzi, L. Gori, G. Roux, I. P. McCulloch, T. Giamarchi, M. Inguscio, and G. Modugno, Observation of a Disordered Bosonic Insulator from Weak to Strong Interactions, Phys. Rev. Lett. 113, 095301 (2014).
[2] L. Gori et al., Finite temperature e ffects on a disordered bosonic insulator, to be submitted.
[3] L. Tanzi, E. Lucioni, S. Chaudhuri, L. Gori, A. Kumar, C. D’Errico, M. Inguscio, and G. Modugno, Transport of a Bose Gas in 1D Disordered Lattices at the Fluid-Insulator Transition, Phys. Rev. Lett.111, 115301 (2013).
[4] L. Tanzi et al., Evidence of quantum phase slips in 1D atomic superfluids, to be submitted.
[5] I.L. Aleiner, B.L. Altshuler, and G.V. Shlyapnikov, A finite-temperature phase transition for disordered weakly interacting bosons in one dimension, Nat. Phys. 6, 900 (2010).

Personale INO:

Dipendenti: D'Errico Chiara

Ricercatori Associati: Modugno Giovanni

UOS/Laboratorio INO:
Sezione INO di Sesto Fiorentino presso il LENS
Finanziamento da Progetti:
- Title: Probing novel phases of matter with artificial quantum simulators: the interplay between disorder and correlations in equilibrium and out-of-equilibrium many-body quantum lattices (Acronym: FIRB 2012_RBFR12NLNA_003 ArtiQuS)
Principali Prodotti della Ricerca associati:
1) Observation of a Disordered Bosonic Insulator from Weak to Strong Interactions su Physical Review Letters (2014) di D'Errico C., Lucioni E., Tanzi L., Gori L., Roux G., McCulloch I.P.,Giamarchi T., Inguscio M., Modugno G. (Articolo su Rivista JCR/ISI)
2) Finite-temperature effects on interacting bosonic one-dimensional systems in disordered lattices su Physical Review A (2016) di Gori L., Barthel T., Kumar A., Lucioni E., Tanzi L., Inguscio M., Modugno G., Giamarchi T., D'Errico C., Roux G. (Articolo su Rivista JCR/ISI)
3) Mott transition for strongly interacting one-dimensional bosons in a shallow periodic potential su Physical Review A (2016) di oltre 10 autori inclusi: Inguscio Massimo, Modugno Giovanni, Lucioni Eleonora, D'Errico Chiara (Articolo su Rivista JCR/ISI)
4) Transport of a Bose Gas in 1D Disordered Lattices at the Fluid-Insulator Transition su Physical Review Letters (2013) di Tanzi L., Lucioni E., Chaudhuri S., Gori L., Kumar A., D'Errico C., Inguscio M., Modugno G. (Articolo su Rivista JCR/ISI)
5) Transport of an interacting Bose gas in 1D disordered lattices presentato a: 15th International Conference on Transport in Interacting Disordered Systems (2013) di D'Errico C., Chaudhuri S., Gori L., Kumar A., Lucioni E., Tanzi L., Inguscio M., Modugno G. (Articoli in atti di convegno)
Altri Prodotti della Ricerca associati: 1

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