論文の概要: Quantum-enabled active matter at the atomic scale
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.24615v1
- Date: Tue, 23 Jun 2026 14:14:53 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-24 22:16:48.997758
- Title: Quantum-enabled active matter at the atomic scale
- Title（参考訳）: 原子スケールにおける量子対応活性物質
- Authors: Sabrina Burgardt, Julian Feß, Alexander Guthmann, Silvia Hiebel, Aritra K. Mukhopadhyay, Sangyun Lee, Michael te Vrugt, Benno Liebchen, Hartmut Löwen, Raphael Wittkowski, Artur Widera,
- Abstract要約: 我々は、光双極子トラップに閉じ込められた個々のCs-133原子が、Rb-87原子の超低温浴からエネルギーを抽出し、それを活性運動に変換することを実験的に実証した。
活動の微視的起源は量子スピン交換と同定され、離散的な内部スピンエネルギーを運動運動に伝達する。
我々の研究は、単一原子の基本的な大きさの限界で活性物質への量子可能な経路を確立し、活動の相互作用、量子物理学、メソスコピックな非平衡熱力学を探求するための視点を開く。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 33.234817669379616
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
- Abstract: Active matter comprises particles that extract energy from their local environment and convert it into motion. Although active particles have been miniaturized down to the nanoscale, realizing activity at the fundamentally smaller scale of individual atoms remains an open challenge, where quantum effects become increasingly relevant. Here, we experimentally demonstrate that individual Cs-133 atoms confined in an optical dipole trap extract energy from an ultracold bath of Rb-87 atoms via quantum-mechanical spin interactions and convert it into active motion. We quantitatively reproduce the resulting dynamics using a parameter-free active Langevin model derived from kinetic theory and support it with event-driven Monte Carlo collision simulations. The microscopic origin of activity is identified as quantum spin exchange, which transfers discrete internal spin energy into kinetic motion. Our work establishes a quantum-enabled route to active matter at the fundamental size limit of single atoms and opens perspectives for exploring the interplay of activity, quantum physics, and mesoscopic non-equilibrium thermodynamics.
- Abstract（参考訳）: 活性物質は局所環境からエネルギーを抽出し、それを運動に変換する粒子を含む。
活性粒子はナノスケールまで小型化されてきたが、個々の原子の基本的に小さなスケールでの活性を実現することは、量子効果がますます重要になるオープンな課題である。
ここでは,光双極子トラップに閉じ込められた個々のCs-133原子が,量子-機械的スピン相互作用によりRb-87原子の超低温浴からエネルギーを抽出し,それを活性運動に変換することを実験的に実証した。
運動論的理論から導かれるパラメータフリーな活性ランゲヴィンモデルを用いて結果のダイナミクスを定量的に再現し、イベント駆動モンテカルロ衝突シミュレーションでそれを支援する。
活動の微視的起源は量子スピン交換と同定され、離散的な内部スピンエネルギーを運動運動に伝達する。
我々の研究は、単一原子の基本的な大きさの限界で活性物質への量子可能な経路を確立し、活動の相互作用、量子物理学、メソスコピックな非平衡熱力学を探求するための視点を開く。
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