Новости

Физики объединили тысячи молекул в единое квантовое состояние

Это стало важной вехой для квантовой физики: тысячи молекул были объединены в одно и то же квантовое состояние, двигаясь вместе в унисон, как одна огромная супер-молекула.

Это цель, к которой давно стремятся физики, которые надеются использовать сложные квантовые системы для технологических приложений, но заставить кучу неуправляемых молекул работать вместе — такая же трудность, как и пасти кошек.

«Люди пытались сделать это на протяжении десятилетий, поэтому мы очень взволнованы», — сказал физик Ченг Чин из Чикагского университета.

«Я надеюсь, что это может открыть новые области в квантовой химии многих тел. Есть свидетельства того, что впереди еще много открытий».

Концепция множества частиц, действующих вместе как одна большая частица, разделяющих свои квантовые состояния, не нова. Мы достигли этого и десятилетиями экспериментировали с облаками отдельных атомов в состоянии вещества, которое называется конденсатом Бозе-Эйнштейна.

Оно образуется из атомов, охлажденных до доли выше абсолютного нуля (но не до абсолютного нуля, когда атомы перестают двигаться). Это заставляет их опускаться до состояния с самой низкой энергией, перемещаясь чрезвычайно медленно, так что энергетические различия исчезают, что приводит к перекрытию в квантовой суперпозиции.

Изображение молекул успешно объединенных в конденсате Бозе-Эйнштейна. Chin Lab

В результате получается облако атомов с высокой плотностью, которое действует как один «суператом» или материальная волна.

Однако молекулы состоят из множества связанных вместе атомов, и поэтому их намного труднее приручить.

Чтобы создать свой молекулярный конденсат Бозе-Эйнштейна, команда под руководством физика Чжендуна Чжана из Чикагского университета начала с атомного конденсата Бозе-Эйнштейна, используя газ из 60 000 атомов цезия.

Затем они охладили конденсат еще больше и увеличили магнитное поле так, что около 15 процентов атомов цезия столкнулись и попарно связались, образуя молекулы декезия. Несвязанные атомы были выброшены из ловушки, и был применен градиент магнитного поля, чтобы левитировать и удерживать оставшиеся молекулы в двумерной конфигурации.

«Как правило, молекулы хотят двигаться во всех направлениях, и если вы это допустите, они будут гораздо менее стабильными», — сказал Чин. «Мы ограничили молекулы так, чтобы они находились на двумерной поверхности и могли двигаться только в двух направлениях».

Образовавшийся газ состоял из молекул, которые, как выяснили ученые, находились в одном квантовом состоянии, с одинаковыми спинами, ориентацией и вибрацией.

Нам еще предстоит исследовать, на что способен молекулярный конденсат Бозе-Эйнштейна, но это значительный шаг в этом направлении, предоставляющий пустой холст для будущих экспериментов.

И не только для самого молекулярного конденсата, но и для перехода между атомарным и молекулярным конденсатами Бозе-Эйнштейна. Изучение того, как это работает, поможет ученым упростить процесс, чтобы мы могли создавать конденсаты с другими молекулами, которые, возможно, будет проще поддерживать или которые будут более эффективными для различных технологических приложений.

«В традиционном понимании химии вы думаете о нескольких атомах и молекулах, которые сталкиваются и образуют новую молекулу», — сказал Чин.

«Но в квантовом режиме все молекулы действуют вместе, в коллективном поведении. Это открывает совершенно новый способ исследовать, как все молекулы могут реагировать вместе, чтобы стать молекулами нового типа».

Исследование команды опубликовано в журнале Nature.

Виктория Ветрова

Космос полон тайн...

Недавние Посты

Квантовый компьютер генерирует действительно случайное число в научном первом

Квантовая машина использовала запутанные кубиты для создания числа, сертифицированного как по-настоящему случайное впервые, демонстрируя удобную…

04.04.2025

Материя против антиметра: открытие LHC может объяснить, как вселенная избежала облитерации

материя и антивещество должны были полностью уничтожить друг друга назад, оставив вселенную очень пустое место.…

04.04.2025

Чрезвычайно странный рок, найденный на Марсе, выглядит как ничто другое вокруг него

Еще раз, Марс подарил нам пример чего -то, что, кажется, в изобилии: чрезвычайно необычные и…

04.04.2025

Загадочная история черной дыры была расширена учеными

Одним из распространенных заблуждений о черных дырах является то, что они поглощают не только значение,…

04.04.2025

Тени Луны могли содержать микробы. Вот почему это беспокойство.

Могут ли микробы выжить в постоянно тенированных регионах (PSR) Луны? Осевой наклон. Это исследование может…

03.04.2025

Звезды тоже получают черви, и «песни» могут рассказать нам свою историю

«Музыка» станородок-огромные вибрации, вызванные разрывами пузырьков газа, которые волнуют по всему телам многих звезд-могут раскрыть…

03.04.2025