Физики прижали атомы ближе, чем когда-либо и обнаружили невозможные квантовые эффекты | |
![]() Фото: Live Science Новые результаты могут помочь создать инновационные сверхпроводники и квантовые компьютеры.
С помощью лазеров физики смогли прижать два слоя очень холодных атомов на расстояние всего 50 нанометров, что в 10 раз ближе, чем в других экспериментах. В результате ученые обнаружили необычные квантовые эффекты, которые не видели ранее. Такая близость атомов позволит физикам впервые изучить квантовые взаимодействия в таком масштабе и может привести к созданию инновационных сверхпроводников и квантовых компьютеров. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science, пишет Live Science. Необычная материяСтранное квантовое поведение атомов начинает возникать, когда их охлаждают до сверхнизких температур, близких к абсолютному нулю. В этом случае атомы занимают самое низкое из возможных энергетических состояний. По словам ученых, в этом случае часто возникает такой тип материи как конденсат Бозе-Эйнштейна, когда все частицы ведут себя как волны. В итоге они становятся квантово-механическими объектами. О том, что из себя представляет вышеуказанное странное состояние материи, Фокус уже подробно писал. Взаимодействия между отдельными атомами имеют важное значение для понимания таких квантовых явлений, как сверхпроводимость и сверхизлучение. Но сила таких взаимодействий зависит от расстояния между атомами. Сложности с проверкой теорийПо словам ученых, большинство атомов, которые используются в экспериментах с ультрахолодной материей, должны находится очень близко, чтобы вступать во взаимодействие и можно было изучить квантовые эффекты. В рамках нового исследования ученые использовали два слоя из атомов диспрозия, которые могут взаимодействовать друг с другом на больших расстояниях с помощью диполь-дипольных взаимодействий. Но есть квантовые явления, которые невозможно увидеть на таком расстоянии между атомами, ведь дипольное взаимодействие очень слабое. Сблизить очень холодные атомы и при этом сохранить контроль над их квантовыми состояниями очень сложно. До сих пор физики не могли в полной мере проверить теоретические предсказания об эффектах этих квантовых взаимодействий. По словам ученых, с помощью лазеров ранее удавалось сблизить атомы только на расстояние 500 нанометров. Для сравнения, ширина человеческого волоса составляет 80 000–100 000 нанометров. Новый прорыв в физикеНо теперь физикам удалось приблизить атомы на расстояние в 10 раз ближе используя такое квантовое свойство атомов диспрозия, как спин (собственный момент импульса). Спин атома имеет разные направления и немного разное энергетическое состояние. Поэтому ученые использовали два лазерных луча с разной частотой излучения и поляризацией света. В результате физикам удалось сблизить два слоя атомов диспрозия на расстояние 50 нанометров и в результате была увеличена сила взаимодействия в 1000 раз, по сравнению с расстоянием в 500 нанометров. Невозможный квантовый эффектПосле этого физики начали изучать квантовые взаимодействия в таком масштабе. Они нагрели один из слоев атомов, который был отделен пустотой от другого слоя. Неожиданно, ученые обнаружили, что происходит передача тепла через пустоту от одного слоя к другому. Авторы объясняют, что для передачи тепла нужен контакт между слоями или наличие излучения, но этого не было и теплообмен продолжался, что казалось невозможным. Ученые считают, что такая невозможная передача тепла является одним из странных квантовых эффектов, но скорее всего есть и другие. Физики намерены продолжить изучение квантовых взаимодействий в таком масштабе. Особенно физиков интересует квантовый эффект под названием спаривание Бардина-Купера-Шриффера (БКШ). Это квантовое связанное состояние, которое испытывают некоторые частицы под названием фермионы, когда их охлаждают до сверхнизкой температуры. Спаривание БКШ между слоями атомов имеет огромное значение при изучении сверхпроводимости. |
|
16.05.2024 в 16:13 728 Наука |
Комментариев: 0 | |