| Источник

Квантовая механика стала видна невооруженным глазом

Команда из Кембриджа создала полупроводниковый чип, который переводит электроны в квантовое состояние, излучающее свет, и достаточно велик, чтобы увидеть все невооруженным глазом. При наведении лазерных лучей на это устройство, образуется квантовая сверхтекучая жидкость, что позволит перевести это исследование в практическую плоскость и создать на его основе сверхчувствительные датчики. Исследование было опубликовано сегодня в Nature Physics.

Эффекты квантовой механики обычно можно наблюдать только для крошечных частиц при ультранизких температурах, но команде удалось смешать электроны со светом, создав, таким образом, крупные квантовые частицы толщиной с человеческий волос, которые ведут себя как сверхпроводники.

Создав микроскопические углубления, которые улавливают свет в непосредственной близости от электронов в чипе, им удалось создать новые частицы под названием поляритоны. Их вес очень мал и потому они начинают быстро двигаться.

Доктор Гэб Кристманн работал с профессором Джереми Баумбергом и доктором Натальей Берлофф из Кембриджского университета и с командой из Крита. Им удалось создать особые новые образцы, которые позволяют поляритонам двигаться не застревая на одном месте.

Воздействуя на них двумя лазерными лучами, они обнаружили, что образовавшаяся квантовая жидкость стала спонтанно совершать колебательные движения вперед-назад, демонстрируя одно из наиболее характерных состояний квантового маятника из известных ученым, но в тысячи раз крупнее обычного.

Кристман сообщил: «Эти поляритоны очень любят маршировать синхронно друг с другом, входя в состояние квантово-механической запутанности».

Получившаяся квантовая жидкость обладает некоторыми любопытными свойствами, включая склонность отталкивать саму себя. Кроме того, она способна образовывать водоворот только в фиксированных количествах, создавая воронки из правильных линий.

Разводя лазерные лучи, доктор Кристманн с коллегами напрямую контролировал разбрызгивание квантовой жидкости, создавая маятник, который бьется в миллион раз быстрее сердца человека.

Кристманн добавил: «Мы никогда не ожидали, что сможем увидеть это напрямую и поражает то, насколько свойства наших образцов точно отображают все квантовые свойства.

Увеличение количества лазерных лучей ведет к возникновению еще более сложных квантовых состояний.

Целью их работы является создание подобных квантовых состояний с применением электрической батареи и при комнатной температуре, что позволит создать новое поколение сверхчувствительных гироскопов для измерения гравитации, магнитного поля и создания квантовых схем.

«Просто наблюдать за квантовой механикой своими глазами — это поразительно», — сказал Кристманн.

По теме:

Квантовая механика успешно сдала экзамен по правилу Борна

вантовая механика успешно сдала экзамен по правилу Борна

Физики из Университета Уотерлу (Канада) и Инсбрукского университета (Австрия) подтвердили истинность положений квантовой механики в эксперименте по интерференции фотонов на трёх щелях.

Напомним: в обычном опыте с двумя щелями интерференция наблюдается потому, что фотону присущ корпускулярно-волновой дуализм. В 1908 году английский учёный Джеффри Инграм Тейлор провёл опыт с использованием чрезвычайно слабого источника света и установил, что фотоны интерферируют «сами с собой». Этот результат свидетельствовал в пользу зарождавшейся тогда квантовой механики.

Эксперимент на трёх щелях (иллюстрация IQC).
Сейчас перед физиками стоит другая задача: необходимо как-то объединить квантовую механику и теорию гравитации. Высказываются предположения о том, что одну из теорий придётся несколько модифицировать — к примеру, допустить нарушение так называемого правила Борна, сформулированного в 1926 году. В квантовой механике это правило определяет вероятность получения некоего определённого результата при измерении.

Применяя правило Борна в случае эксперимента на трёх щелях, можно показать, что интерференционная картина должна полностью описываться тремя выражениями, каждое из которых соответствует распространению волн в одной из возможных пар щелей. Другими словами, распространение волн во всех трёх щелях сразу не рассматривается.

Для того чтобы проверить выполнение правила, авторы установили источник одиночных фотонов (лазер) перед стеклянной пластиной с металлическим покрытием, в котором на расстоянии в 100 мкм друг от друга были проделаны три бороздки шириной 30 мкм. Одиночные фотоны подавались со скоростью около 40 000 частиц/с, а за стеклянной пластиной находился позиционно-чувствительный детектор. Измерения повторялись шесть раз (при открывании одной щели и пар щелей); если правило не нарушается, суммирование результатов этих измерений должно давать ту же интерференционную картину, что и эксперимент с открыванием всех щелей.

Именно такой эффект и был зарегистрирован — с погрешностью в 1%. В ближайшем будущем учёные планируют повторить опыт на четырёх и пяти щелях, а также выполнить аналогичную работу с использованием светоделителей.


Комментарии: (0)

Оставить комментарий

Представьтесь, пожалуйста