Forskere lokker glidende glasperle ind i kvanteverdenen

At studere universets kvante tilstand er en udfordrende bestræbelse til dels, fordi objekter kun har påviselige kvanteegenskaber på den mindste skala. Jo større noget er, jo sværere er det at få det til en veldefineret kvantetilstand, der er uhindret af miljøeffekter. Et team af amerikansk-østrigske forskere har udviklet en ny teknik, der kunne gøre det lettere for kvantemekanik at studere takket være en flydende silica-perle .



Det grundlæggende problem ved undersøgelse af kvantetilstande er, at større objekter har mere interaktion med miljøet, og at maskerer kvanteegenskaber. At skubbe stof ind i en kvantetilstand kræver normalt komplekse resonatorer, der styrer atomer med specifikke bølgelængder af lys. Disse systemer fungerer kun ved ekstremt lave temperaturer, der går ud over absolut nul, hvilket forhindrer ekstern energi i at påvirke partiklerne. Med de rigtige kontroller kan forskere lokke skyer af atomer til at danne eksotiske materialer som Bose-Einstein-kondensater.



Det er derfor ret bemærkelsesværdigt, at teamet fra MIT, universitetet i Wien og det østrigske videnskabsakademi formåede at lokke et solidt objekt ind i kvante-regimet. Forskerne anbragte en lille silica-perle omkring 200 nanometer over i et vakuumkammer og brugte derefter en laser (undertiden kaldet optisk pincet) til at suspendere den i luften. Med gas er laserafkøling via atomovergang en velkendt metode til at fjerne energi for at bringe atomer i en kvantejordtilstand. Med den faste svævende perle måtte holdet bruge en ny eksperimentel metode kaldet hulkøling ved sammenhængende spredning.



Med millioner af atomer pakket sammen er kiselperlen observationsfrit for kvanteegenskaber under normale forhold. Hulkølemetoden er afhængig af et testkammer med dimensioner svarende til en bestemt lysbølgelængde. Det begrænser de bølgelængder, der kan eksistere i kammeret.



Over tid mister perlen energi til miljøfotoner, som har mere energi end den optiske pincet inde i hulrummet. Til sidst holder perlen op med at vibrere, og centrum når omkring 0,00001 grader Celsius væk fra absolut nul, hvilket gør det muligt at udvikle observerbare kvanteegenskaber. På dette tidspunkt er overfladen af ​​perlen faktisk ret varm ved cirka 572 grader Fahrenheit (300 grader Celsius), og resten af ​​eksperimentet er stuetemperatur.



Holdet siger, at denne opsætning gør det muligt for glasperlen at komme ind i en kvantejordtilstand 70 procent af tiden. Det kan være muligt at nå endnu højere succesrater med forbedret vakuumhardware. De diskuterer også køling af hardware for at forbedre effektiviteten. Yderligere undersøgelse af faste kvantetilstandsobjekter kunne give fascinerende resultater, men vi er lige ved begyndelsen af ​​denne nye æra.