นักฟิสิกส์เห็นวัตถุควอนตัมที่ "แข็ง" เป็นครั้งแรก

นักฟิสิกส์เห็นวัตถุควอนตัมที่ "แข็ง" เป็นครั้งแรก
นักฟิสิกส์เห็นวัตถุควอนตัมที่ "แข็ง" เป็นครั้งแรก
Anonim

นักฟิสิกส์ชาวออสเตรียและอเมริกันสามารถถ่ายภาพวัตถุควอนตัมที่ "แข็ง" ได้เป็นครั้งแรก ซึ่งเป็นอนุภาคนาโนแก้ว ซึ่งประกอบด้วยอะตอม 100 ล้านตัวในคราวเดียว ความสำเร็จนี้ขยายขอบเขตของกฎหมายของกลศาสตร์ควอนตัมอย่างมีนัยสำคัญ รายงานในวารสาร Science โดยอ้างอิงข้อมูลจากนักวิจัย

"เรารู้ว่ากฎของฟิสิกส์ควอนตัมใช้กับอะตอมและโมเลกุล แต่เราไม่ทราบว่าวัตถุที่แสดงคุณสมบัติของควอนตัมจะมีขนาดใหญ่เพียงใด โดยการจับอนุภาคนาโนและเชื่อมโยงกับคริสตัลโฟโตนิก เราสามารถแยกมาโครดังกล่าวได้ -วัตถุและศึกษาคุณสมบัติของควอนตัม" รายงานโดย Markus Aspelmeyer ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยเวียนนา (ออสเตรีย) และเพื่อนร่วมงาน

นักวิทยาศาสตร์สนใจมานานแล้วว่าทำไมเราไม่สามารถสังเกตปรากฏการณ์ควอนตัมพัวพัน - การเชื่อมต่อระหว่างสถานะควอนตัมของอนุภาคแสงอะตอมหรือวัตถุอื่น ๆ สองอนุภาคหรือมากกว่าซึ่งการเปลี่ยนแปลงสถานะของหนึ่งในนั้นส่งผลกระทบต่อสถานะทันที ของผู้อื่นในโลกของวัตถุเหล่านั้นที่เรามองเห็นได้ด้วยตาเปล่าหรืออย่างน้อยก็ผ่านกล้องจุลทรรศน์

นักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันอธิบายว่าทำไมแอปเปิ้ลสองลูกและวัตถุที่มองเห็นอื่น ๆ ไม่สามารถรวมกันเป็น "การเชื่อมต่อที่แปลกประหลาด" เช่นที่ไอน์สไตน์เรียกพวกมันว่าด้วยเหตุผลที่พวกมันถูกทำลายอันเป็นผลมาจากสิ่งที่เรียกว่าการแยกตัว ในทำนองเดียวกัน นักวิจัยเรียกผลที่ตามมาของปฏิสัมพันธ์ของวัตถุ "พัวพัน" ที่ระดับควอนตัมกับอะตอม โมเลกุล กระจุกของสสารอื่นๆ และแรงของสิ่งแวดล้อม

ตามตรรกะนี้ ยิ่งวัตถุมีขนาดใหญ่เท่าใดก็ยิ่งสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นเรื่อยๆ และพันธะควอนตัมที่เชื่อมต่อกับอนุภาคและวัตถุอื่นๆ จะสลายตัวเร็วขึ้น การพิจารณานี้ทำให้เกิดการอภิปรายว่ากลศาสตร์ควอนตัมเริ่มต้นและสิ้นสุดที่ใด ไม่ว่าจะส่งผลต่อพฤติกรรมของวัตถุขนาดใหญ่โดยทั่วไปหรือไม่ และเป็นไปได้หรือไม่ที่จะหาเส้นแบ่งระหว่างพิภพควอนตัมและมหภาคธรรมดา

ตู้เย็นควอนตัม

Aspelmeyer และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ก้าวไปสู่การขยายขอบเขตของโลกควอนตัม โดยทำการทดลองกับอนุภาคนาโนและกับดักแสง ซึ่งเป็นชุดของเลเซอร์และเลนส์หลายชุดที่สามารถเก็บเศษเล็กเศษน้อยของสสารในสุญญากาศและทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ใกล้เคียง ศูนย์สัมบูรณ์

ตามที่นักวิทยาศาสตร์อธิบาย คุณสมบัติของกับดักแสงนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการศึกษาคุณสมบัติควอนตัมของสสารทุกรูปแบบ เนื่องจากอุณหภูมิดังกล่าว อะตอม โมเลกุล และอนุภาคต่างๆ จะหยุดเคลื่อนที่อย่างวุ่นวายภายใต้อิทธิพลของความร้อนและผ่านเข้าสู่สภาวะพิเศษซึ่งมีเพียงกฎของโลกควอนตัมเท่านั้นที่มีผลกับพวกมัน

นี่เป็นเรื่องง่ายพอที่จะบรรลุสำหรับอะตอมและโมเลกุลเดี่ยวเช่นเดียวกับกระจุกก๊าซของพวกมัน แต่ก่อนหน้านี้นักฟิสิกส์ไม่สามารถทำให้รูปแบบของแข็งเย็นลงจนถึงจุดนี้ เมื่อต้นปีที่แล้ว Aspelmeyer และทีมของเขาได้แก้ไขปัญหานี้โดยเลือกความยาวคลื่นของเลเซอร์ที่ใช้เพื่อ "ปั๊ม" กับดักแสง ซึ่งอนุภาคนาโนเริ่มสูญเสียพลังงาน กระจายรังสีของพวกมัน ซึ่งทำให้ช้าลงและเย็นลง.

หลังจากประสบความสำเร็จ นักฟิสิกส์ชาวออสเตรียและอเมริกันได้เตรียมอนุภาคนาโนของแก้วซิลิกาบริสุทธิ์ วางไว้ในอุปกรณ์นี้ ระบายความร้อนด้วยอุณหภูมิที่ใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์ และวัดคุณสมบัติควอนตัมของมัน การวัดเหล่านี้ยืนยันว่าเธอพัฒนามันขึ้นมาเป็นเวลาหลายเสี้ยววินาที

ตามที่นักฟิสิกส์ยอมรับ มันยังไม่เพียงพอสำหรับการทดลองควอนตัม แต่ในอนาคต หากคุณลดระดับเสียงในการแผ่รังสีเลเซอร์และปรับปรุงการทำงานของกับดักโดยรวม อนุภาคนาโนจะยังคงอยู่ในสถานะควอนตัมสำหรับ ประมาณเจ็ดไมโครวินาที

ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าว เวลานี้จะเพียงพอที่จะสังเกตว่าวัตถุมาโครควอนตัม "ตกลง" ซึ่งแรงโน้มถ่วงกระทำการอย่างไร ซึ่งจะทำให้สามารถใช้อนุภาคดังกล่าวหลายอนุภาคเพื่อศึกษาคลื่นโน้มถ่วงและเผยให้เห็นธรรมชาติของ "ความสัมพันธ์" ของแรงโน้มถ่วงกับควอนตัมพิภพเล็ก ๆ ซึ่ง Richard Feynman นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันผู้มีชื่อเสียงเสนอให้ทำในปี 2500

แนะนำ: