Физики вызывают неподвижное квантовое состояние в самом большом из существующих объектов

Слово "стационарный" имеет совершенно разные значения в квантовых и реальных масштабах - объект, который кажется нам совершенно неподвижным, на самом деле состоит из атомов, которые жужжат и подпрыгивают.

Теперь ученым удалось замедлить атомы почти до полной остановки в самом большом макромасштабном объекте.

Как замедлить атомы?

Температура того или иного объекта напрямую связана с движением его атомов - по сути, чем горячее что-то, тем больше его атомы колеблются. Следовательно, существует точка, в которой объект настолько холоден, что его атомы полностью останавливаются - температура, известная как абсолютный ноль (-273,15 °C, -459,67 °F).

Ученые уже несколько десятилетий могут охлаждать атомы и группы атомов до температуры на долю выше абсолютного нуля, вызывая так называемое подвижное основное состояние. Это отличная отправная точка для создания экзотических состояний материи, таких как сверхтеку́чие твёрдые вещества, или жидкости, которые, как кажется, имеют отрицательную массу.

Понятно, что это гораздо труднее сделать с большими объектами, поскольку они состоят из большего количества атомов, которые взаимодействуют с окружающей средой. Но теперь большая международная группа ученых побила рекорд по приведению самого большого объекта в подвижное основное состояние (или очень близкое к нему, во всяком случае).

В большинстве случаев такие эксперименты проводятся с облаками из миллионов атомов, но новый тест был проведен на объекте весом 10 кг (22 фунта), который содержит почти октиллион атомов. Как ни странно, этот "объект" не является чем-то одним, а представляет собой совместное движение четырех различных объектов, масса каждого из которых составляет 40 кг (88 фунтов).

Исследователи провели эксперимент на LIGO, огромной установке, известной тем, что она обнаруживает гравитационные волны, проходящие над Землей. Для этого лазеры направляются в два 4-километровых (2,5-мильных) туннеля и отражаются от них зеркалами - именно эти зеркала и были теми объектами, которые в новом исследовании были охлаждены до подвижного основного состояния.

Охладить атомы в принципе просто - нужно лишь противопоставить их движению равную и противоположную силу. Но для этого необходимо очень точно измерить их движение, а еще больше усложняет ситуацию то, что сам процесс измерения может оказывать на них новое воздействие.

Интригующе, но в новом исследовании команда использовала это в своих интересах. Фотоны света в лазерах LIGO оказывают крошечные удары на зеркала, когда они отскакивают от них, и эти нарушения могут быть измерены в последующих фотонах. Поскольку лучи постоянны, у ученых есть много данных о движении атомов в зеркалах - это означает, что они могут разработать идеальные противодействующие силы.

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

Для этого исследователи прикрепили электромагниты к задней части каждого зеркала, что привело к уменьшению их коллективного движения почти до основного состояния. Зеркала двигались менее чем на одну тысячную ширины протона, по сути, охладившись до температуры 77 нанокельвинов - на волосок выше абсолютного нуля.

"Это сравнимо с температурой, до которой физики-атомщики охлаждают свои атомы, чтобы перейти в основное состояние, и это при небольшом облаке из миллиона атомов весом в пикограммы", - говорит Вивишек Судхир, директор проекта. "Замечательно, что вы можете охладить что-то гораздо более тяжелое до той же температуры".

Команда говорит, что этот прорыв может позволить новые квантовые эксперименты в макромасштабе.

"Никто еще не наблюдал, как гравитация действует на массивные квантовые состояния", - говорит Судхир. "Мы продемонстрировали, как можно подготовить объекты килограммового масштаба в квантовых состояниях. Это, наконец, открывает дверь для экспериментального изучения того, как гравитация может влиять на большие квантовые объекты, о чем до сих пор только мечтали". опубликовано econet.ru по материалам newatlas.com

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet