Fyzici pozorujú neuveriteľné „kvantové tornáda“ vytvorené z ultrachladných atómov

Častice tvoriace vírivé štruktúry podobné tornádu. (Mukherjee et al, Nature, 2022)

Vedci pozorovali ohromujúcu demonštráciu klasickej fyziky, ktorá ustupuje kvantovému správaniu a manipuluje s tekutinou ultra-studených atómov sodíka do výraznej formácie podobnej tornádu.

Častice sa na kvantovej úrovni správajú odlišne, čiastočne preto, že v tomto bode ich vzájomné interakcie majú nad nimi väčšiu moc ako energia z ich pohybu.

Potom je tu, samozrejme, ohromujúci fakt, že kvantové častice nemajú presne určené pevné miesto ako vy alebo ja, čo ovplyvňuje ich interakciu.



Ochladením častíc čo najbližšie k absolútnej nule a odstránením iných interferencií môžu fyzici pozorovať, čo sa stane, keď sa tieto podivné interakcie ujmú, ako to práve urobil tím z MIT.

'Je to prelom, aby sme mohli vidieť tieto kvantové efekty priamo,' hovorí Fyzik z MIT Martin Zwierlein.

Tím zachytil a roztočil oblak s približne 1 miliónom atómov sodíka pomocou laserov a elektromagnetov. V predchádzajúcom výskume fyzici demonštrovali, že by to roztočilo oblak do dlhej ihličkovitej štruktúry, a Boseho-Einsteinov kondenzát , kde sa plyn začne správať ako jeden celok so spoločnými vlastnosťami.

'V klasickej tekutine, ako je cigaretový dym, by sa stále riedil,' hovorí Zwierlein. 'Ale v kvantovom svete tekutina dosiahne hranicu, do akej sa môže stenčiť.'

V novej štúdii fyzik MIT Biswaroop Mukherjee a jeho kolegovia prekročili túto fázu a zachytili sériu absorpčných obrázkov, ktoré odhaľujú, čo sa stane po tom, čo atómy prešli z prevažne riadenej klasickej fyziky na kvantovú fyziku.

Obrázok nižšie zvýrazňuje hustoty ultra-studených atómov v priebehu mikrosekúnd.

(Mukherjee et al, Nature, 2022)

Atómový oblak sa vyvinul z ihličkovitého kondenzátu (vľavo), prešiel cez nestabilitu v tvare hada (v strede) a vytvoril miniatúrne tornáda (vpravo).

Medzi susednými kryštálmi sú dokonca malé tmavé škvrny (pozri značky „x“ nižšie), kde sa vyskytujú víry protiprúdu – presne tak, ako to vidíme v zložitých poveternostných systémoch (spomeňme si na búrlivé búrky na Jupiter ).

(Mukherjee et al, Nature, 2022)

'Máme tu kvantové počasie: Tekutina sa práve vďaka svojej kvantovej nestabilite fragmentuje do tejto kryštalickej štruktúry menších oblakov a vírov,' vysvetľuje trpaslík.

„Tento vývoj sa spája s myšlienkou, ako môže motýľ v Číne vytvoriť búrku [v USA] kvôli nestabilite, ktorá spúšťa turbulencie. Dokonca aj v klasickej fyzike to vedie k vzniku zaujímavých vzorov, ako sú oblaky, ktoré obklopujú Zem v krásnych špirálovitých pohyboch. A teraz to môžeme študovať v kvantovom svete.“

Tím kontroloval systém, takže nič iné nevyvíjalo silu na atómové subjekty. To znamenalo, že v hre boli len interakcie samotných častíc a ich rotácia. Zobrazilo sa ich výsledné správanie superpevný vlastnosti, niečo ako to, čo produkujú elektróny vo formeWignerove kryštály.

Zatiaľ čo tradičné kryštálové pevné látky sa zvyčajne skladajú z atómov usporiadaných v stacionárnej, opakujúcej sa mriežkovej štruktúre, tieto štruktúry naďalej kolísajú, ale zostávajú v definovanom vzore – ako kvapalina, ktorá predstiera, že je tuhá látka tým, že drží a preteká cez pevný tvar.

Tím v podstate spôsobil, že sa atómy správajú ako elektróny v magnetickom poli. Použitie atómov týmto spôsobom uľahčuje manipuláciu a pozorovanie výsledných kvantových javov – otvára cestu pre ešte viac objavov o tomto svete, ktorý ohýba myseľ.

'Môžeme si predstaviť, čo jednotlivé atómy robia, a zistiť, či sa riadia rovnakou kvantovou mechanickou fyzikou,' hovorí trpaslík.

Tento výskum bol publikovaný v r Príroda .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.