Температуру ферми-газа научились измерять без разрушения состояния
Физики разработали новый способ измерения температуры ферми-газа, который вносит минимальные изменения в систему и позволяет наблюдать за ней in situ. Для этого они помещали в газ примесь-зонд и следили за тем, как изменяется ее состояние со временем. Кроме того, использование неравновесной динамики делает измерения быстрым и с высокой точностью. Работа опубликована в Physical Review Letters.
Температурa ферми-газа характеризует его качество: при абсолютном нуле получается получается вырожденный газ, в котором заполнены все уровни энергии ниже уровня Ферми. При ненулевой температуре распределение электронов по уровням меняется: небольшая доля электронов, которые располагались близко к уровню Ферми, переходят на более высокие энергетические уровни. В реальных экспериментах важно знать энергетическую структуру газа, для чего и требуется точное измерение температуры.
Методы, который используются в настоящее время — измерение времени разлета локализованного газа или спектра его поглощения — оказываются деструктивными и их сложно применять для однородных ферми-газов. Альтернативный способ оценки температуры состоит в использовании примеси, которая со временем приходит в тепловое равновесие с газом. Средняя энергия сбалансированного состояния в комбинации с информацией о примеси дает начальное значение температуры газа. Тем не менее, установления температурного равновесия таким способом требует много времени.