A fizikusok több ezer molekulát rögzítettek egy kvantum állapotban

Ben megjelent új tanulmány szerzőjeÚgy tűnik, hogy a Nature folyóiratnak sikerült megoldania a kvantumfizika egyik legfontosabb problémáját - bemutatták, hogyan lehet egyszerre több molekulát egyetlen kvantumállapotba hozni. Hadd emlékeztessem önöket arra, hogy amikor az abszolút nullára hűtött részecskék egy csoportja egyetlen kvantumállapotot oszt meg, és az egész csoport kezd viselkedni, mintha egy atom lenne, a fizikusok Bose-Einstein kondenzátumról beszélnek. Ezt az állapotot bizony nehéz elérni, de amikor ez megtörténik, az új lehetőségek egész világa megnyílik. A tudósok évtizedek óta csinálják ezt atomokkal, de ha ugyanezt tették volna a molekulákkal, ma valószínűleg a kvantumtechnikának más formái lennének. De mivel a molekulák nagyobbak, mint az atomok, és sokkal több mozgó részük van, a fékezésükre tett legtöbb kísérlet kudarcot vallott. Ez azonban így volt ez év április végéig - egy új tanulmány során egy fizikuscsoport hűtötték a cézium atomokat, majd a molekulákat úgy korlátozták, hogy azok kétdimenziós felületen legyenek, és csak mozogni tudjanak. két irányba. Az eredmény egy gyakorlatilag azonos molekulák halmaza, egyetlen kvantum állapotban.

Azta! A Bose-Einstein kondenzátumból a Bardeen-Cooper-Schrieffer szuperfolyadék folyadékba való átmenet bosonikus analógja egy Fermi-gázban.

Mi a Bose-Einstein kondenzátum

Mint ismeretes, mind a konvolúció, mind aa szupravezetés a kvantumrészecskék halmazainak alacsony hőmérsékleten való viselkedésének változásainak eredménye. Az ehhez kapcsolódó jelenség egy teljesen új anyagállapot létrehozását foglalja magában. A három ismert anyagállapot - folyadékok, gázok és szilárd anyagok mellett - létezik egy negyedik - plazma is. Akkor fordul elő, amikor a gázt olyan hőmérsékletre melegítik, amelyen az atomok elektronokat veszítenek és töltött ionokká alakulnak. Az ionok gyakran képződnek kémiai reakciókban, például olyanokban, ahol a só (nátrium-klorid) vízben oldódik, nátrium- és klórionokat képez, vagy amelyek gázt melegítenek.

Az is érdekes, hogy a plazma a leggyakoribb anyag az univerzumban mivel a csillagok főleg belőle készülnek,amelyek a galaxisok nagy részét alkotják (a sötét anyagot nem számítva). A mindennapi életben plazmával is találkozunk - amikor lángot vagy síkképernyős TV-t nézünk. De a hőmérsékleti skála hideg végén van az anyag ötödik állapota - Bose-Einstein kondenzátum.

A részecskefizika standard modelljekét részre osztja a részecskéket, amelyek nem engedelmeskednek a kizárási elvnek: fermionok (elektronok és kvarkok) és bozonok (fotonok). A boszonok általában nem lépnek kölcsönhatásba egymással, és közülük sok ugyanazon kvantum állapotban létezhet együtt.

A Bose-Einstein kondenzáció akkor keletkezik, amikor a gáz abszolút nullára közel hűl.

A Bose-Einstein kondenzátum rengeteg részecskét tartalmazoly módon kapcsolódnak egymáshoz, hogy ez a kapcsolat lehetővé teszi számukra, hogy úgy viselkedjenek, mint egy nagy bozon, olyan szokatlan tulajdonságokkal ruházzák fel az anyagot, mint a fény befogásának képessége. A "Bose-Einstein" név a részecskék kollektív viselkedésének leírására használt modellre utal - a "Bose-Einstein" statisztikák -, amelyek a kvantumrészecskék viselkedésének két lehetőségének egyikét jelentik. Egy másik lehetőség a Fermi-Dirac statisztikája.

Érdekel a fizika és a csúcstechnológiás hírek? Iratkozzon fel hírcsatornánkra a táviratban, hogy ne maradjon le semmi érdekes!

Hogyan lehet rögzíteni a molekulákat egy kvantum állapotban?

Ben megjelent új tanulmánybanA Nature-ben április 28-án a Chicagói Egyetem tudósainak egy csoportja szinte abszolút nullára hűtötte a cézium atomokat - ebben az állapotban minden atom álló helyzetben van, és az összes elektron alacsonyabb szinten van; elméletileg ez -273,15 Celsius fokon (0 Kelvin fok) történik. Ez több szakaszban történt.

Az első az volt, hogy az egész rendszert lehűtötték 10-renanokelvin - egy hajszál abszolút nulla fölött. Aztán a kúszó térbe pakolták a molekulákat úgy, hogy laposra nyomódtak. - Jellemzően a molekulák minden irányba mozogni akarnak, és ha engeded, kevésbé stabilak lesznek. Korlátoztuk a molekulákat, hogy azok kétdimenziós felületen legyenek, és csak két irányban mozoghassanak ”- írják a tanulmány szerzői.

Lásd még: Miért hasonlít a kvantumfizika a mágiához?

Prof.Chen Chin a Chicagói Egyetem laboratóriumában. Laboratóriuma áttörést jelentett be abban, hogy több molekula egy kvantumállapotba kerül. Ez a kvantumfizika egyik legfontosabb célja.

Az eredmény gyakorlatias halmazazonos molekulák - pontosan azonos orientációval, azonos rezgési frekvenciával és ugyanabban a kvantum állapotban sorakoznak. A tudósok ezt a molekulakondenzátumot egy új rajzpapír üres lapjaként írták le a kvantumtechnika számára.

„Ez egy abszolút tökéletes kiindulópont.Például, ha kvantumrendszereket szeretne felépíteni az információk tárolására, akkor a nulláról kell kezdenie, mielőtt formázhatná és tárolhatná ezeket az információkat. ”- mondta a Sciencealertnek Chen Chin, a Chicagói Egyetem vezető tanulmányának szerzője.

Figyelemre méltó, hogy eddig a tudósok képesek voltak ráakár több ezer molekula is összekapcsolódhat ebben az állapotban, és csak most kezdik feltárni a benne rejlő lehetőségeket. Amint a tudományos munka szerzői kifejtik, a kémia hagyományos megértésében általában azt gondoljuk, hogy több atom és molekula ütközik és új molekulát alkot. De kvantum állapotban az összes molekula együttesen viselkedik, és kollektív viselkedést mutat. Ez egy teljesen új módszert nyit meg annak tanulmányozására, hogy a molekulák hogyan léphetnek egymással kölcsönhatásba, hogy új típusú molekulává váljanak.

Kíváncsi leszel: Vajon a világ valóban egy "új fizika" felfedezésének küszöbén áll?

A munka eredményei, ahogyan szerzői remélik, ina jövő képezheti a kvantumtechnika formáinak alapját. Gazdag energetikai felépítésük miatt a hideg molekulák hozzájárulhatnak a kvantumtechnika és a kvantumkémia fejlődéséhez. Általánosságban, annak minden bizonyítéka alapján, hogy a közeljövőben sok csodálatos felfedezésre számítunk.