Quantum Vortex / momento angolare

Premi Play. La densità contiene un piccolo nucleo scuro decentrato. Non è una particella o un ostacolo: è un punto in cui psi=0 e la fase non è definita. Il nucleo ruota attorno al centro della trappola.

QPE preset #33

Questa pagina descrive il fenomeno usando come fonte primaria il preset e i moduli numerici attualmente implementati in QPE.

Idea fisica

Il vortice non è un “oggetto” aggiunto alla densità: è una topologia della fase. Al centro l’ampiezza deve annullarsi per evitare una fase multivalore, mentre intorno al core la corrente circola. In una trappola non uniforme un vortice fuori asse può precessare.

Relazione chiave. Un winding di fase di 2π attorno a uno zero di ψ produce corrente di probabilità circolante e una singolarità di fase nel core del vortice.

Protocollo guidato dal preset

Premi Play. La densità contiene un piccolo nucleo scuro decentrato. Non è una particella o un ostacolo: è un punto in cui psi=0 e la fase non è definita. Il nucleo ruota attorno al centro della trappola.

Attiva la corrente. Le streamline mostrano un flusso circolare attorno al nucleo. Cambiando vista su Phase si vede la fase avvolgersi di 2 pi attorno alla singolarità.

Perchè si muove? La preparazione è una sovrapposizione coerente del ground state armonico e di una componente con Lz=+hbar. La fase relativa evolve alla frequenza della trappola e il punto di cancellazione precessa.

Analysis -> Vortex. A sinistra: traiettoria misurata del core e orbita armonica ideale. A destra: <Lz>/hbar. Il winding topologico deve restare +1 finchè il vortice rimane risolto sulla griglia.

Relazione. Per V=1/2 k r^2, omega=sqrt(k/m). Con k=0.25 e m=1 il periodo di precessione atteso è T=4 pi circa 12.57.

Cosa osservare e come studiarlo

  1. Avvia il preset senza modifiche e identifica prima l’osservabile che cambia.
  2. Modifica un solo parametro alla volta, quindi Reset e ripeti.
  3. Confronta sempre il rendering con i numeri del pannello Analysis: l’immagine è una vista, non una misura completa.

Storia e stato sperimentale

Vortici quantizzati sono stati osservati in superfluidi e condensati di Bose–Einstein; nel 2000 Madison e collaboratori produssero vortici in un BEC di rubidio agitato. QPE però non usa l’equazione di Gross–Pitaevskii: mostra un analogo a singola particella.

Scala fisica rappresentativa

Piattaforma rappresentativavortice di fase di onda di materia Rb-87 confinata (analogo a singola particella)
Base della mappaturamappatura tramite unità cinetica di Rb-87
1 unità di lunghezza QPE1 µm
1 unità di tempo QPE1.37 ms
Scala energetica E0=ħ/T00.481 peV
Frequenza equivalente E0/h0.116 kHz
NotaMappatura rappresentativa per onda di materia confinata. QPE evolve una sola funzione d’onda lineare bidimensionale; non risolve l’equazione di Gross-Pitaevskii interagente di un vortice in condensato many-body.
La scala è un ponte d’ordine di grandezza dalle unità adimensionali di QPE a una piattaforma plausibile; non trasforma il preset in una simulazione quantitativa di quello specifico apparato.

Riferimenti essenziali

Continua lo studio

Apri Modello & Limiti per sapere esattamente cosa QPE calcola e cosa lascia fuori. Per i valori correnti usa Help → Current Experiment → Current Parameters.