_ Oamenii de știință fac ca nanoparticulele să danseze pentru a se dezlega limite cuantice

Întrebarea unde se află granița dintre fizica clasică și cea cuantică este una dintre cele mai vechi activități ale cercetării științifice moderne, iar în noile cercetări publicate astăzi, oamenii de știință demonstrează o platformă nouă care ne-ar putea ajuta găsește un răspuns.

Legile fizicii cuantice guvernează comportamentul particulelor la scară minusculă, ducând la fenomene precum încâlcirea cuantică, în care proprietățile particulelor încurcate devin indisolubil legate în moduri care nu pot fi explicate de clasicele fizică.

Cercetarea în fizica cuantică ne ajută să umplem golurile din cunoștințele noastre despre fizică și ne pot oferi o imagine mai completă a realității, dar scara minusculă la care funcționează sistemele cuantice le poate face dificil de observat și studiu.

De-a lungul secolului trecut, fizicienii au observat cu succes fenomene cuantice în obiecte din ce în ce mai mari, de la particule subatomice precum electronii până la molecule care conțin mii de atomi.

Mai recent. , domeniul optomecanicii levitate, care se ocupă cu controlul obiectelor cu masă mare la scară de microni în vid, își propune să împingă plicul mai departe prin testarea validității fenomenelor cuantice în obiecte care sunt cu câteva ordine de mărime mai grele decât atomii și moleculele. Cu toate acestea, pe măsură ce masa și dimensiunea unui obiect cresc, interacțiunile care au ca rezultat caracteristici cuantice delicate, cum ar fi încurcarea, se pierd în mediul înconjurător, rezultând comportamentul clasic pe care îl observăm.

Dar acum, echipa co. -condus de Dr. Jayadev Vijayan, șeful Laboratorului de Inginerie Cuantică de la Universitatea din Manchester, împreună cu oameni de știință de la ETH Zurich și teoreticieni de la Universitatea din Innsbruck, au stabilit o nouă abordare pentru a depăși această problemă într-un experiment realizat la ETH Zurich, publicat în revista Nature Physics.

Dr. Vijayan a spus: „Pentru a observa fenomenele cuantice la scari mai mari și pentru a arunca lumină asupra tranziției clasic-cuantice, caracteristicile cuantice trebuie păstrate în prezența zgomotului din mediu. După cum vă puteți imagina, există două moduri de a face acest lucru; una este de a suprima zgomotul, iar al doilea este de a spori caracteristicile cuantice.

„Cercetarea noastră demonstrează o modalitate de a aborda provocarea adoptând a doua abordare. Arătăm că interacțiunile necesare pentru încurcarea între două particule de sticlă de 0,1 microni prinse optic pot fi amplificate cu mai multe ordine de mărime pentru a depăși pierderile aduse mediului.”

Oamenii de știință au plasat particulele între două particule foarte puternice. oglinzi reflectorizante care formează o cavitate optică. În acest fel, fotonii împrăștiați de fiecare particulă sare între oglinzi de câteva mii de ori înainte de a părăsi cavitatea, ceea ce duce la o șansă semnificativ mai mare de a interacționa cu cealaltă particulă.

Johannes Piotrowski, co-director al lucrării de la ETH Zurich, a adăugat: „În mod remarcabil, deoarece interacțiunile optice sunt mediate de cavitate, puterea acesteia nu scade odată cu distanța, ceea ce înseamnă că am putea cupla particule la scară de microni pe mai mulți milimetri.”

Cercetătorii demonstrează, de asemenea, capacitatea remarcabilă de a regla sau controla fin puterea interacțiunii prin variarea frecvențelor laserului și a poziției particulelor în cavitate.

Descoperirile reprezintă un salt semnificativ către înțelegerea fizicii fundamentale. , dar sunt și promițători pentru aplicații practice, în special în tehnologia senzorilor care ar putea fi utilizate pentru monitorizarea mediului și navigarea offline.

Dr. Carlos Gonzalez-Ballestero, un colaborator de la Universitatea Tehnică din Viena, a declarat: „Puterea cheie a senzorilor mecanici levitati este masa lor mare în comparație cu alte sisteme cuantice care utilizează senzori. Masa mare îi face foarte potriviti pentru detectarea forțelor gravitaționale și a accelerațiilor. , rezultând o sensibilitate mai bună. Ca atare, senzorii cuantici pot fi utilizați în multe aplicații diferite în diverse domenii, cum ar fi monitorizarea gheții polare pentru cercetarea climei și măsurarea accelerațiilor în scopuri de navigație.”

Piotrowski a adăugat: „Este este interesant să lucrăm la această platformă relativ nouă și să testăm cât de departe o putem împinge în regimul cuantic.”

Acum, echipa de cercetători va combina noile capacități cu tehnici bine stabilite de răcire cuantică într-un pas spre validarea întanglementării cuantice. Dacă reușește, obținerea încurcăturii nano-și micro-particulelor levitate ar putea reduce decalajul dintre lumea cuantică și mecanica clasică de zi cu zi.

La Photon Science Institute și la Departamentul de Inginerie Electrică și Electronică de la Universitatea din Manchester, echipa Dr. Jayadev Vijayan va continua să lucreze în optomecanica levitata, valorificând interacțiunile dintre mai multe nanoparticule pentru aplicații în detectarea cuantică.

(Fluierul)