Journal Club - INFIS – Fev/2014
Artigo: Negative Absolute Temperature
for Motional Degree of Freedom
Ricardo Kagimura
“Temperatura absoluta negativa
deve soar menos provável que o
congelamento do inferno.”
Zeeya Merali, Nature
Temperatura Absoluta (T)
Positiva
1) “A entropia S é uma função monotonicamente
crescente de sua energia interna U”. Como:
1/T=dS/dU
Derivada positiva
2) Lord Kelvin: “nada pode ser mais frio que 0 K!”
3) Gás ideal clássico: T relacionada com energia
cinética média de suas partículas. I=0 K part
clássicas em repouso.
Temperatura absoluta negativa
Sist. termod.: S diminui a medida q U aumenta?
Sim: previsão teórica e medida experimental
Requisito: Cada elemento do sistema tem de
ter um limite superior para sua energia.
Exemplo: Cada elementro do sistema possui 2
estados de energia disponíveis
Temperatura Negativa
Temperatura negativa é mais quente que a
temperatura infinita! Escala conveniente (-1/T)
Temperatura
T: Parâmetro de ajuste de uma curva de
distribuição de probabilidade.
T>0 maioria das part. no estado de energia + baixa
Limite
inferior p E
Temperatura
T<0: maioria das part. no estado de energia + alta
Limite
superior p
E
Condições para T abs Negativa
Experimento com gás quântico ultrafrio
1) Os elementos do sistema devem estar no eq.
termdinâmico
2) Existência de um limite superior p/ as
possíveis energias
3) Sistema isolado
Experimento
• Gás quântico ultrafrio composto por átomos de
potássio (condensado de Bose-Einstein)
• Interações atômicas podem ser controladas por
lasers e campos magnéticos
• Armadilha óptica: rede óptica
Hamiltoniano de Bose-Hubbard
Energia cinética, potencial (laser), interação
entre os átomos
Cinética: considera-se uma única banda
Potencial: anti-trapping
Interação: atrativa
Hamiltoniano Bose-Hubbard
Cinética, potencial (laser), interação entre os
átomos
Cinética: considera-se uma única banda
Potencial: anti-trapping
Interação: atrativa
Experimento
T>0 átomos repelem (estado de + baixa energia)
Ajusta o campo magnético (Ressonância de
Feshbach): átomos atraem (mudanca súbita)
Ajusta o laser para estabilizar o sistema
O Gás quer colapsar, mas a temperatura negativa
(pressão negtiva) o stabiliza. (comportamneto da
energia escura)
T>0 Superfluido
Fase isolante - intermediária
1-Aumenta a intensi- dade
do laser
2-Inverte a armadilha e
torna a interação entre os
átomos atrativa
Fase isolante - intermediária
1-Aumenta a intensi- dade
do laser
2-Inverte a armadilha e
torna a interação entre os
átomos atrativa
Superfluido Atrativo
Diminui a intensidade
do laser
Medida da temperatura
Distribuição da energia cinética
(band-mapped images)
T=-2,2 J/Kb
T=-2,7 J/Kb
Conclusões
Temperatura negativa
Limites entre a quântica e a termodinâmica