Квантовый твердых

Хорошо известно, что квантовые свойства отдельных атомов можно управлять и манипулировать с помощью лазерного луча. Даже большие облака сотен миллионов атомов могут быть сдвинуты в квантовый режим, послужившие основанием для макроскопических квантовых состояний материи, такие как квантовая газами или конденсатами Бозе-Эйнштейна, которые в наше время также широко используются в квантовых технологий. Следующий шаг состоит в распространении этого уровня квантовой управления для твердотельных объектов. В отличие от атомного облака, плотность твердого в миллиард раз выше, а все атомы обязаны двигаться вместе вдоль центра объекта массового. Таким образом, новые макроскопические квантовые состояния с участием больших масс должно стать возможным.

Однако, вводя этот новый режим вовсе не является простой задачей. Первым шагом для достижения таких квантовых контроль изолировать исследуемый объект от влияния окружающей среды и удаления тепловой энергии-путем охлаждения его до температуры, очень близкой к абсолютному нулю (-273.15 °c) таких, что квантовая механика доминирует движения частицы. Чтобы показать это, исследователи выбрали для эксперимента с стеклянная бусина примерно в тысячу раз меньше, чем обычный песок, и содержащий несколько сотен миллионов атомов. Изоляция от окружающей среды достигается с помощью оптически улавливания частиц в плотно сфокусированным лазерным лучом в высоком вакууме, прикол в том, что первоначально было введено лауреатом Нобелевской премии Артур дальнейшем эшкин много десятилетий назад и который также используется для изоляции атомов. «Настоящий вызов для нас, чтобы охладить движения частиц в квантовом состоянии. Лазерное охлаждение через атомарных переходах хорошо зарекомендовал себя и естественный выбор для атомов, но он не работает для твердых веществ», говорит ведущий автор Урош Делич из Венского университета.

По этой причине, команда работала по реализации лазерного охлаждения метод, который был предложен австрийским физиком Гельмутом Ritsch в Университете Инсбрука, и, независимо, соавтор исследования Владан Vuletic и нобелевский лауреат Стивен Чу. Они недавно объявили о первой демонстрации работы принципа «охлаждения полости путем когерентного рассеяния,» однако они по-прежнему ограничиваются, работающих далеко от квантового режима. «Мы модернизировали наш эксперимент и теперь способны не только снять больше фонового газа, а также направить в более фотонов для охлаждения», — говорит Делич. Таким образом, движение в бисер можно охладить прямо в квантовый режим. «Это смешно думать об этом: поверхности стекло шарика очень жарко, около 300°С, потому что лазер нагревает электроны в материале. Но движения центра масс частицы ультра-холодный, вокруг 0.00001°с вдали от абсолютного нуля, и мы можем показать, что горячая частица движется в квантовой сторону».

Исследователи взволнованы о перспективах своей работы. Квантовое движение частиц также были исследованы другими группами по всему миру, наряду с Венской команды. Таким образом, экспериментальные системы, состоящей из нано — и микромеханических резонаторов, в сущности барабаны или досками, которые крепятся к жесткой опорной конструкции. «Оптическая левитация приносит гораздо больше свободы: при изменении оптической ловушке … или даже выключая его, — мы можем управлять движением наночастиц в совершенно новых формах», — говорит Николай Киселев, соавтор исследования и доцент в Венском университете. Несколько схем вдоль этих линий были предложены, в частности австрийские физики Ориол Ромеро-Isart и Петер Цоллер в Инсбруке, и теперь может стать возможным. Например, в сочетании с недавно достигнутых двигательных основного состояния авторы рассчитывают, что это открывает новые возможности для беспрецедентной производительности зондирования, изучение фундаментальных процессов тепловых двигателей в квантовый режим, а также изучение квантовых явлений с участием больших масс. «Десять лет назад мы начали этот эксперимент мотивированы перспективой новой категории квантовых экспериментов. Мы наконец-то открыли двери на этот режим».

сделать разницу: спонсорские возможности