Οι φυσικοί είδαν για πρώτη φορά ένα «στερεό» κβαντικό αντικείμενο

Οι φυσικοί είδαν για πρώτη φορά ένα «στερεό» κβαντικό αντικείμενο
Οι φυσικοί είδαν για πρώτη φορά ένα «στερεό» κβαντικό αντικείμενο
Anonim

Αυστριακοί και Αμερικανοί φυσικοί για πρώτη φορά μπόρεσαν να φωτογραφίσουν ένα «στερεό» κβαντικό αντικείμενο, ένα γυάλινο νανοσωματίδιο, αποτελούμενο από 100 εκατομμύρια άτομα ταυτόχρονα. Αυτό το επίτευγμα διευρύνει σημαντικά τα όρια των νόμων της κβαντομηχανικής, όπως αναφέρεται στο περιοδικό Science, επικαλούμενο δεδομένα από τους ερευνητές.

"Γνωρίζουμε ότι οι νόμοι της κβαντικής φυσικής ισχύουν για άτομα και μόρια, αλλά δεν γνωρίζουμε πόσο μεγάλο μπορεί να είναι ένα αντικείμενο που παρουσιάζει κβαντικές ιδιότητες. Πιάνοντας ένα νανοσωματίδιο και συνδέοντάς το με έναν φωτονικό κρύσταλλο, μπορέσαμε να απομονώσουμε μια τέτοια μακροεντολή -αντικείμενο και μελέτησε τις κβαντικές ιδιότητές του. "αναφέρθηκε από τον Markus Aspelmeyer, καθηγητή στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης (Αυστρία) και συναδέλφους του.

Οι επιστήμονες ενδιαφέρονται εδώ και καιρό γιατί δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε το φαινόμενο της κβαντικής διαπλοκής - τη διασύνδεση των κβαντικών καταστάσεων δύο ή περισσοτέρων σωματιδίων φωτός, ατόμων ή άλλων αντικειμένων, στις οποίες μια αλλαγή στην κατάσταση ενός από αυτά επηρεάζει άμεσα την κατάσταση άλλων, στον κόσμο των αντικειμένων που μπορούμε να δούμε με γυμνό μάτι ή τουλάχιστον μέσω μικροσκοπίου.

Οι επιστήμονες σήμερα εξηγούν γιατί δύο μήλα και άλλα ορατά αντικείμενα δεν μπορούν να ενωθούν από τέτοιες «περίεργες συνδέσεις», όπως τα ονόμασε ο Αϊνστάιν, για τον λόγο ότι καταστρέφονται ως αποτέλεσμα της λεγόμενης αποσυμφόρησης. Με παρόμοιο τρόπο, οι ερευνητές αποκαλούν τις συνέπειες των αλληλεπιδράσεων αντικειμένων «μπλεγμένες» σε κβαντικό επίπεδο με άτομα, μόρια, άλλες συστάδες ύλης και τις δυνάμεις του περιβάλλοντος.

Σύμφωνα με αυτή τη λογική, όσο μεγαλύτερο είναι το αντικείμενο, τόσο πιο συχνά έρχεται σε επαφή με το περιβάλλον και τόσο πιο γρήγορα οι κβαντικοί δεσμοί που το συνδέουν με άλλα σωματίδια και σώματα διαλύονται. Αυτή η εξέταση έδωσε αφορμή για συζητήσεις σχετικά με το πού αρχίζει και τελειώνει η κβαντομηχανική, εάν επηρεάζει τη συμπεριφορά μεγάλων αντικειμένων γενικά και αν είναι δυνατόν να βρεθεί το όριο μεταξύ του κβαντικού μικρόκοσμου και του συνηθισμένου μακρόκοσμου.

Κβαντικό ψυγείο

Ο Aspelmeyer και οι συνεργάτες του έχουν κάνει ένα μεγάλο βήμα προς την επέκταση των ορίων του κβαντικού κόσμου, πειραματιζόμενοι με νανοσωματίδια και μια οπτική παγίδα, ένα σύνολο από πολλά λέιζερ και φακούς που μπορούν να συγκρατήσουν μικροσκοπικά θραύσματα ύλης στο κενό και να τα ψύξουν σε θερμοκρασίες κοντά απόλυτο μηδενικό.

Αυτή η ιδιότητα των οπτικών παγίδων, όπως εξηγούν οι επιστήμονες, είναι εξαιρετικά σημαντική για τη μελέτη των κβαντικών ιδιοτήτων όλων των μορφών ύλης. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι σε τέτοιες θερμοκρασίες άτομα, μόρια και σωματίδια παύουν να κινούνται χαοτικά υπό την επίδραση της θερμότητας και περνούν σε μια ειδική κατάσταση στην οποία ενεργούν μόνο οι νόμοι του κβαντικού κόσμου.

Αυτό είναι αρκετά εύκολο να επιτευχθεί για μεμονωμένα άτομα και μόρια, καθώς και για αέριες συστάδες τους, αλλά προηγουμένως οι φυσικοί δεν μπορούσαν να ψύξουν στερεές μορφές ύλης σε αυτό το σημείο. Στις αρχές του περασμένου έτους, ο Aspelmeyer και η ομάδα του έλυσαν αυτό το πρόβλημα επιλέγοντας το μήκος κύματος των λέιζερ που χρησιμοποιούνται για την «άντληση» οπτικών παγίδων, στα οποία το νανοσωματίδιο αρχίζει να χάνει ενέργεια, σκορπώντας την ακτινοβολία τους, γεγονός που οδηγεί σε επιβράδυνση και ψύξη Το

Έχοντας επιτύχει αυτήν την επιτυχία, Αυστριακοί και Αμερικανοί φυσικοί ετοίμασαν ένα νανοσωματίδιο από καθαρό πυριτικό γυαλί, το τοποθέτησαν σε αυτή τη συσκευή, ψύχθηκαν σε θερμοκρασία κοντά στο απόλυτο μηδέν και μέτρησαν τις κβαντικές του ιδιότητες. Αυτές οι μετρήσεις επιβεβαίωσαν ότι τις ανέπτυξε για πολλά κλάσματα του μικροδευτερολέπτου.

Μέχρι στιγμής, όπως παραδέχονται οι φυσικοί, αυτό δεν αρκεί για τη διεξαγωγή κβαντικών πειραμάτων, αλλά στο μέλλον, εάν μειώσετε το επίπεδο θορύβου στην ακτινοβολία λέιζερ και βελτιώσετε τη λειτουργία της παγίδας στο σύνολό της, το νανοσωματίδιο θα παραμείνει σε κβαντική κατάσταση για περίπου επτά μικροδευτερόλεπτα.

Σύμφωνα με τους επιστήμονες, αυτός ο χρόνος θα είναι αρκετός για να παρατηρήσουμε πώς «πέφτει» το κβαντικό μακροαντικείμενο πάνω στο οποίο δρα η βαρυτική δύναμη. Αυτό θα καταστήσει δυνατή τη χρήση πολλών τέτοιων σωματιδίων για τη μελέτη των βαρυτικών κυμάτων και θα αποκαλύψει τη φύση της «σχέσης» της βαρύτητας με τον κβαντικό μικρόκοσμο, την οποία πρότεινε να κάνει ο διάσημος Αμερικανός φυσικός Richard Feynman το 1957.

Συνιστάται: