Fyzici spojili tisíce molekúl do jedného kvantového stavu

Obrázok molekulárneho Bose-Einsteinovho kondenzátu. (Chin Lab)

Veľkým míľnikom pre kvantovú fyziku bolo, že tisíce molekúl boli prinútené zdieľať rovnaký kvantový stav, pričom spolu tancujú jednotne ako jedna obrovská super molekula.

Toto je cieľ, ktorý už dlho hľadali fyzici, ktorí dúfajú, že sa im podarí využiť zložité kvantové systémy pre technologické aplikácie – ale spojiť množstvo neposlušných molekúl, aby spolupracovali, je na rovnakej úrovni ako pasenie mačiek.

„Ľudia sa o to pokúšajú už desaťročia, takže sme veľmi nadšení,“ povedal fyzik Cheng Chin z University of Chicago.



'Dúfam, že to môže otvoriť nové oblasti v kvantovej chémii mnohých telies.' Existujú dôkazy, že tam vonku čaká veľa objavov.“

Koncept mnohých častíc pôsobiacich spoločne ako jedna veľká častica – zdieľajúca svoje kvantové stavy – nie je nový. Dosiahli sme to a experimentovali sme s tým po celé desaťročia s oblakmi jednotlivých atómov v a stav hmoty s názvom a Boseho-Einsteinov kondenzát .

Sú tvorené z atómov ochladených len na zlomok nad absolútnou nulou (ale nedosahujúc absolútnu nulu, v tomto bodeatómy sa prestanú pohybovať). To spôsobí, že klesnú do stavu s najnižšou energiou, pohybujú sa extrémne pomaly, takže ich energetické rozdiely zmiznú, čo ich vedie k prekrývaniu v kvantovej superpozícii.

Výsledkom je oblak atómov s vysokou hustotou, ktorý pôsobí ako jeden „superatóm“ alebo hmotná vlna.

Molekuly sa však skladajú z viacerých atómov spojených dohromady, a preto je oveľa ťažšie ich skrotiť týmto spôsobom.

„Atómy sú jednoduché sférické objekty, zatiaľ čo molekuly môžu vibrovať, otáčať sa a niesť malé magnety,“ vysvetlil Chin . 'Pretože molekuly môžu robiť toľko rôznych vecí, robia ich užitočnejšími a zároveň oveľa ťažšie ovládateľné.'

Na vytvorenie ich molekulárneho Bose-Einsteinovho kondenzátu začal tím, vedený fyzikom Zhendongom Zhangom z Chicagskej univerzity, s atómovým Bose-Einsteinovým kondenzátom s použitím plynu so 60 000 atómami cézia.

Potom ešte viac ochladili kondenzát a zosilnili magnetické pole tak, že približne 15 percent atómov cézia sa zrazili a spojili v pároch za vzniku molekúl dicesia. Neviazané atómy boli vyhodené z pasce a bol aplikovaný gradient magnetického poľa na levitáciu a obmedzovať zostávajúce molekuly v dvojrozmernej konfigurácii.

Molekuly sa zvyčajne chcú pohybovať všetkými smermi, a ak to dovolíte, sú oveľa menej stabilné. povedal Chin . 'Molekuly sme obmedzili tak, aby boli na 2D povrchu a mohli sa pohybovať iba v dvoch smeroch.'

Výsledný plyn pozostával z molekúl, o ktorých vedci zistili, že všetky zaberajú rovnaký kvantový stav s rovnakými rotáciami, orientáciou a vibráciami.

Ešte musíme preskúmať, čo dokáže molekulárny Bose-Einsteinov kondenzát - ale toto je významný krok týmto smerom, ktorý poskytuje prázdne plátno pre budúce experimenty.

Nielen pre samotný molekulárny kondenzát, ale aj pre prechod medzi atómovým a molekulárnym Bose-Einsteinove kondenzáty . Skúmanie toho, ako to funguje, pomôže vedcom zefektívniť proces, aby sme mohli vyvinúť kondenzáty s inými molekulami, ktoré môžu byť jednoduchšie na údržbu alebo efektívnejšie pre rôzne technologické aplikácie.

'Pri tradičnom spôsobe uvažovania o chémii uvažujete o zrážke niekoľkých atómov a molekúl a vytváraní novej molekuly,' povedal Chin .

Ale v kvantovom režime všetky molekuly pôsobia spoločne, v kolektívnom správaní. To otvára úplne nový spôsob, ako preskúmať, ako môžu všetky molekuly reagovať spolu, aby sa stali novým druhom molekúl.“

Výskum tímu bol publikovaný v r Príroda .

O Nás

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