Квантовая механика имеет дело с поведением Вселенной в сверхмалом масштабе: атомы и субатомные частицы действуют способами, которые классическая физика не может объяснить. Чтобы исследовать это противоречие между квантовым и классическим, ученые пытаются заставить все более крупные объекты вести себя квантово-подобным образом.
В этом исследовании рассматриваемый объект представляет собой крошечную стеклянную наносферу диаметром 100 нанометров — примерно в тысячу раз меньше толщины человеческого волоса. На наш взгляд, это очень, очень мало, но с точки зрения квантовой физики, на самом деле она довольно велика, и состоит из 10 миллионов атомов.
Внедрение такой наносферы в сферу квантовой механики на самом деле является огромным достижением, и, тем не менее, это именно то, чего сейчас достигли физики.
Используя тщательно откалиброванные лазерные лучи, наносфера была приостановлена в самом низком квантовомеханическом состоянии, в одном из крайне ограниченных движений, при котором может начаться квантовое поведение.
«Впервые такой метод был использован для управления квантовым состоянием макроскопического объекта в свободном пространстве», — говорит Лукас Новотны, профессор фотоники из ETH Zurich в Швейцарии.
Чтобы достичь квантовых состояний, движение и энергия должны быть уменьшены. Новотны и его коллеги использовали вакуумный контейнер, охлажденный до -269 градусов по Цельсию (-452 градуса по Фаренгейту), прежде чем использовать систему обратной связи для внесения дальнейших корректировок.
Используя интерференционные картины, созданные двумя лазерными лучами, исследователи вычислили точное положение наносферы внутри ее камеры — и оттуда точные настройки, необходимые для приведения движения объекта к нулю, используя электрическое поле, создаваемое двумя электродами.
Это не так уж и отличается от замедления качелей на игровой площадке, толкая их, пока они не достигнут точки равновесия. Как только это низшее квантово-механическое состояние будет достигнуто, можно будет начинать дальнейшие эксперименты.
«Чтобы четко увидеть квантовые эффекты, наносфера должна быть замедлена … полностью до ее основного состояния движения», — говорит инженер-электрик Феликс Теббенджоханнс из ETH Zurich.
«Это означает, что мы замораживаем энергию движения сферы до минимума, который близок к квантово-механическому движению нулевой точки».
Умение левитировать такую большую сферу в криогенной среде представляет собой значительный скачок в сторону макроскопических масштабов, где можно изучить грань между классическим и квантовым.
«Наряду с тем фактом, что потенциал оптического захвата можно легко контролировать, наша экспериментальная платформа предлагает путь к исследованию квантовой механики на макроскопических масштабах», — заключают исследователи в своей опубликованной статье.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Подключение пятого поколения или «5G» для сотовых технологий стало стандартом для сетей всего около пяти…
Каждую секунду через вас проходит около триллиона крошечных частиц, называемых нейтрино. Созданные во время Большого…
На ночной стороне экзопланеты Астролабос всегда темно и бурно.Там, в постоянной тени, обращенной в сторону…
Вы видели Солнце, но никогда не видели его таким. Этот единственный кадр из видео, снятого…
Аналог черной дыры может рассказать нам кое-что о неуловимом излучении, теоретически испускаемом реальной вещью.Использование цепочки…
Охота на неуловимую Девятую планету продолжается, и новое исследование утверждает, что располагает «самыми убедительными статистическими…