full screen background image

Учёные из Швейцарии приблизились к тому, чтобы квантовые явления можно было увидеть и даже «пощупать»

Выявлять квантовые эффекты на уровне атомов и элементарных частиц — это непростая и труднореализуемая задача. Постичь всегда лучше то, что можно наблюдать и точно измерить. В идеале необходимо заставить квантовые эффекты возникать на макроуровне — на уровне классической физики. Этой проблемой занялись исследователи из Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) и преуспели.

Зелёная точка в центре — это стеклянная наносфера. Источник изображения: ETH Zurich

Зелёная точка в центре — это стеклянная наносфера. Источник изображения: ETH Zurich

На днях в опубликованной в журнале Nature статье группа авторов под руководством профессора фотоники ETH Zurich Лукаса Новотны (Lukas Novotny) сообщила о квантовом эксперименте со стеклянной наносферой диаметром 100 нм. Это объект нашего родного макроскопического мира, хотя он в сотни раз тоньше человеческого волоса. В то же время крохотный шарик из стекла содержит десять миллионов атомов и не может (и не должен) проявлять квантовые эффекты. Но учёные создали шарику из стекла условия, при которых он может повести себя как электрон или одиночный атом. В частности, шарик может повести себя как волна, а не только как частица, и это явление возможно наблюдать едва ли не воочию.

Задача исследователей заключалась в том, чтобы замедлить стеклянный шарик как совокупность всех атомов до квантового состояния с наименьшей энергией. В таком состоянии частицы остаются стабильны и позволяют наблюдать волновые свойства. Для этого шарик поместили в вакуумную камеру и охладили до температуры 269 °C ниже нуля. Тепловое движение атомов сферы значительно снизилось, но для проявления шариком квантовых эффектов необходимо более сильное охлаждение, с чем исследователи пока не справились.

Пока же учёные испытали на наносфере возможность замедления с использованием электромагнитных колебаний. В вакууме в подвешенном состоянии наносфера удерживается в оптической ловушке, которую создаёт лазерный луч. Другой луч позволяет точно измерять колебания наносферы, а обратная связь с электродами позволяет в заданные моменты времени включать электромагнитные поля для гашения колебательных движений сферы. Примерно так в обычной жизни мы раскачиваем или тормозим качели — создаём ускоряющий или тормозящий импульс в нужные для решения задачи моменты времени.

Наносфера в лазерной ловушке может быть заторможена до проявления квантовых эффектов. Источник изображения: ETH Zurich

Наносфера в лазерной ловушке может быть заторможена до проявления квантовых эффектов. Источник изображения: ETH Zurich

Если учёные смогут затормозить наносферу до квантового состояния с наименьшей энергией, что придаст шарику квантовомеханические свойства, дальше дело будет за малым. Существуют проверенные в физике эксперименты с двойными щелями, которые проявляют волновые функции частиц. В таких экспериментах электроны или атомы как бы оказываются в двух местах одновременно, проявляя волновые свойства. На деле речь идёт о явлении интерференции, когда разные части волны проходят через две разнесённые в пространстве щели и на выходе создают характерную картинку. Подобную картинку учёные рассчитывают увидеть в эксперименте со стеклянной наносферой, что станет доказательством квантового явления на макроуровне.

Классический двухщелевой опыт. Источник изображения: Wikipedia

Классический двухщелевой опыт. Источник изображения: Wikipedia

Добавим, даже сегодня у таких не доведённых до конца экспериментов огромный потенциал. На основе таких наносфер и околоквантовых явлений можно создавать датчики ускорения и перемещения, которые будут точнее отслеживать перемещение объектов, чем все GPS вместе взятые. Особенно такое любят военные, но это уже другая история.

Источник




Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Подпишитесь на рассылку новостей
обо всех интересующих вас событиях из мира
игр. С нами Вы не упустите ни одну новость,
мы Вам это гарантируем.