Tartalomjegyzék:
A tudósok megtörték azt a sztereotípiát, miszerint a kvantum-összefonódás hihetetlenül törékeny állapot, amely rendkívül alacsony hőmérsékletet és az egyes atomok elszigetelését igényli. Összefonódást okoztak a sok részecskéből álló forró gázban, és megmutatták, hogy nem omlik össze, amikor összeütköznek. Az új megközelítés segíthet ultra-érzékeny szenzorok kifejlesztésében, amelyek az orvosoktól a csillagászokig mindenki számára hasznosak lesznek.
Az eredményt a Nature Communications folyóiratban megjelent tudományos cikk írja le.
Törékeny kvantumcsoda
A "Vesti. Nauka" (nauka.vesti.ru) részletesen beszélt arról, hogy mi a kvantum összefonódás. Emlékezzünk röviden arra, hogy a kusza tárgyak állapotai összhangban vannak egymással, így az egyik állapotának megváltoztatásával befolyásolhatjuk a másik állapotát (annak ellenére, hogy az információk nem kerülnek továbbításra közöttük).
Ez a jelenség nagyon érdekli a fizikusokat. Bár elméletileg sok évtizeddel ezelőtt megjósolták, a kísérletezők soha nem unják meg újra és újra ellenőrizni, hogy a természet valóban ilyen furcsán viselkedik -e.
Szép bónuszként az emberiség túlérzékeny szenzorokat kap, amelyeket összegabalyodott atomok segítségével lehet létrehozni.
De van egy fogás. Általánosan úgy gondolják, hogy a kvantum -összefonódás rendkívül törékeny állapot, és a legkisebb becsapódás is tönkreteheti. Ezért a kísérletezők rendszerint összekeverik az egységeket, több tíz vagy száz részecskét. Az összefonódások eltűnésének megakadályozása érdekében az "egy lánccal összekapcsolt" tárgyakat rendkívül alacsony hőmérsékleten kell tartani. Ezért a zavartság rendkívül drága élménnyé válik.
Számos, forró, kusza
Most Spanyolország, Magyarország és Kína fizikusai vitatják ezeket az elképzeléseket azzal, hogy forró gáznemű rubídiumban kusza állapotokat mutatnak be.
A szerzők több mint 50 billió atomot tartalmazó mintával dolgoztak. A mindennapi mérce szerint ez még mindig mély vákuum, mert egy liter légköri levegő milliárdszor több molekulát tartalmaz. Ennek ellenére ez a kísérlet feltűnően különbözik a korábbiaktól, amelyekben sokkal kevesebb részecske gabalyodott.
Ezenkívül az anyagot 180 ° C -ra melegítették, vagyis forró gőz volt. Úgy tűnik, hogy ilyen állapotban szó sem lehet kvantum -összefonódásról. De a fizikusok bebizonyították, hogy ez nem így van.
Egy adott pillanatban körülbelül 15 billió atom szövődött egymással. Ez az állapot körülbelül egy ezredmásodpercig tartott. Aztán az összefonódott rendszer felbomlott, és egy új jött létre. Ugyanakkor az egymással összefonódott atomok nem feltétlenül voltak szomszédosak: több ezer más atom is lehet közöttük.
Ne feledje, hogy az ezredmásodperc óriási idő az atomszabványok szerint, amely során minden atomnak körülbelül 50 -szer sikerült ütköznie szomszédjaival.
"Ez világosan mutatja, hogy az összefonódást nem pusztítják el ezek a véletlenszerű események. Ez talán a munka legmeglepőbb eredménye" - vallja be első szerzője, Jia Kong, a barcelonai Tudományos és Technológiai Intézet munkatársa.
A fizikusok trillió atomok kusza rendszerét fedezték fel a rubídium forró gőzében.
Hátba gabalyodva
Miben nyilvánul meg a rubídium atomok kvantum összefonódása?
A rubídium atomban egy elektron található a külső energia szintjén. Mint tudják, minden elektronnak van spinje (szögmomentuma), amelynek van iránya. Viszonylag szólva felfelé vagy lefelé irányítható.
Vegyünk néhány konkrét atomot, és nevezzük Vasyának. Amikor Vasya összeütközik a szomszédok bármelyikével, külső elektronja spinje megfordulhat (vagy nem, ez kiszámíthatatlan).
Hogyan reagálnak más atomok egy ilyen puccsra, barátságos kusza rendszert alkotva Vasyával? Egyikük azonnal elfordítja külső elektronjának spinjét az ellenkező irányba. És ez annak ellenére, hogy ez a "aggódott egy kolléga miatt" atom abban a pillanatban nem ütközött semmivel.
Vagyis az egész rendszerben az állandó, előre nem látható ütközések ellenére mindig ugyanannyi pörgetést irányítanak felfelé, mint lefelé. Ez kvantumfonódás: az atomok állapota konzisztens marad, bár nem hatnak egymásra.
A kísérletezők ezt úgy találták ki, hogy lézersugarat vezettek át rubídiumgőzön. A fotonok energiáját úgy választottuk meg, hogy ne gerjesszék az atomokat, és ne pusztítsák el a kusza állapotot. De maguk az atomok befolyásolták a fotonokat, és ebből a hatásból meg lehetett határozni, hogy a külső elektronok spinje melyik irányba irányul.
A laboratóriumból az életbe
A tízezer milliárdnyi atom kezelése magas hőmérsékleten közel sem olyan drága, mint az egyes atomok felvétele és az abszolút nulla közelébe hűtés. Ezért a szerzők remélik, hogy felfedezésük végül az alapja lesz a túlérzékeny érzékelők (különösen a mágneses mező érzékelők) kifejlesztésének. A legkülönfélébb területeken lehetnek hasznosak: az agy orvosi vizsgálatától a pilóta nélküli járművek és sötétanyag -érzékelők létrehozásáig.
