Главная Архив сайта Карта сайта Соглашение О проекте Обратная связь

Точность квантовой механики: физики раскалывают атом

atom_using

Исследователи из Боннского университета (University of Bonn) только что показали, как один атом может быть разделён на две половины, которые в последствие могут быть снова соединены вместе, сообщает «labscience.ru».

Хотя слово «атом» буквально означает «неделимый», законы квантовой механики позволяют делить атомы так же, как и лучи света, а затем воссоединять их. Учёные хотят построить мосты в квантовой механики, позволяя атому во время его разделения касаться соседних атомов, чтобы она работал между ними, как своего рода мост.

Результаты данной работы были опубликованы в журнале «National Academy of Sciences».

Разделение атомов? То, что походит на ядерное деление и радиоактивность, однако, является точным процессом благодаря квантовой механике. Законы квантовой механики позволяют объектам существовать в нескольких состояниях одновременно. Это, своего рода экспиремент, при котором частицы могут пройти два направления одновременно.

Учёным из Бонна, работающим под руководством профессора Дитер Мешеде из Института прикладной физики (Institute for Applied Physics) при Боннском университете удалось сохранить один атом одновременно в двух местах, каждое из которых имело более десяти микрометров и находились друг от друга на расстоянии одной сотой миллиметра. Это огромное расстояние для атома. Впоследствии, атом был соединён и выглядел совершенно неповреждённым.

Атом имеет раздвоение личности

Хрупкие квантовые эффекты могут произойти только при самых низких температурах и бережном обращении. Один из методов охлаждения атомов цезия использует лазеры и охлаждает его до температуры 1/10 миллиона выше абсолютного нуля — затем, атом контролируется другим лазером. Этот лазерный луч имеет ключевое значение для расщепления атома. Данная система работает, потому что атомы обладают спином, который может идти в двух направлениях. В зависимости от направления, атом может перемещаться при помощи лазера направо или налево, как на конвейере. Ключ в том, что спин атома может находиться в обоих направлениях одновременно. Таким образом, если атом перемещается вправо и влево, он в то же время может быть разделён.

«Атом имеет вид раздвоение личности, половина его движется направо, а вторая половина — налево. Тем не менее, атом всё равно является неповреждённым», — пояснил Андреас Штеффен, ведущий автор публикации.

Части сравнивают свой «опыт»

Но, невозможно увидеть сам процесс раскола, если не пролить свет на атом для производства снимка. Атом может рассматриваться в нескольких изображениях, иногда слева, иногда справа — но не в обоих сразу. И тем не менее, раскол может быть доказан, если обратить атом в его первоначальное состояние. Таким образом, интерферометр может быть построен из отдельных атомов, которые могут, например, использоваться для точного измерения внешних воздействий. Здесь атомы делятся, расходятся и соединяются снова. Что станет видимым, например, различия между магнитными полями этих двух положений или ускорения, так как они фиксируются в квантово-механических состояниях атома. Этот принцип уже используется для очень точного обследования сил, таких как ускорение Земли.

Квантовые системы в качестве инструмента?

Однако, учёные из Бонна пытаются найти моделирование сложных квантовых систем. В течение длительного времени многие физики надеялись научиться моделировать, так называемые топологические изоляторы или фотосинтез растений — явления, которые трудно захватить современными супер компьютерами — с помощью небольших квантовых систем. Первые шаги на пути к такому тренажёру могут состоять из моделирования движения электронов в твёрдом теле, таким образом, получая информацию для инновационных электронных устройств. Примером этого является уравнение Дирака — движение электронов в одном графике слоя или появление искусственной молекулы из взаимодействующих частиц. Но для этого, отдельные атомы не только должны быть хорошо контролируемыми, но и связаны в соответствии с квантово-механическими законами, так как суть дела заключается именно в структуре, состоящей из множества квантовых объектов.

Винтик в коробке передач

«Для нас атом является хорошо контролируемым и смазанным винтиком», — сказал доктор Андреа Альберти, руководитель группы проводящей эксперименты Бонне. «Вы не можете создать калькулятор с замечательной производительностью, используя только эти винтики, но для того, чтобы он работал, они должны находиться в системе». Вот где находится реальное значение расщепления атомов, потому что две половинки соединены снова вместе, далее, снова разделившись они могут вступить в контакт с соседними атомами, а затем разделить их. Это может позволить небольшой сети из атомов, использоваться в памяти компьютера для моделирования и управления реальными системами, что сделает их секреты более доступными. Учёные считают, что весь потенциал управления отдельными атомами через некоторое время станет очевидным.

Опубликовано: 06.06.2012 в 11:39

Добавить комментарий