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

Соседка нашей Галактики потенциально разорван его большим братом

Команда исследователей из Университета Нагоя обнаружила доказательства того, что маленькое магеллановое облако потенциально разрывается гравитационными…

15.04.2025

Есть что -то особенное в метеорах, которые сталкиваются с землей

Многое из того, что ученые знают о ранней солнечной системе, исходит от метеоритов-древних пород, которые…

15.04.2025

Поразительные доказательства дисбаланса воды на луне намекают на столкновение

Распределение воды внутри Луны, по-видимому, несколько однобокое. Поверхности двух полушарий Луны заметно отличаются друг от…

14.04.2025

Триллионт второй камеры затвора, защелкивает хаос в действии

Чтобы сфотографироваться, лучшие цифровые камеры на рынке открывают свой затвор. -0.45px; "> В 2023 году…

13.04.2025

Пробуждение дикого поведения Черной дыры заставляет астрономы озадаченными

Супермассивная черная дыра, 300 миллионов легких лет, на расстоянии астрофизиков в тупике. -> Это само…

12.04.2025

Крошечный кусок мозга мыши наконец -то был нанесен на карту в деталях,

Попытка понять сложность мозга немного похожа на попытку понять обширность пространства-она выходит далеко за рамки…

11.04.2025