Naukowcy unijni osiągnęli nowy stan w fizyce kwantowej :: Artykuły / Polski Serwis Naukowy

Polecamy również:

Badania odkrywają, że atomy mogą się wiązać

Zaproszenie do składania wniosków w ramach programu Marie Curie - partnerstwa i ścieżki między przemysłem a środowiskiem naukowym

Obserwacja Ziemi w ramach badań interakcji ocean-atmosfera, Frascati, Włochy

Naukowcy wspinają się po kwantowej drabinie

Naukowcy dowodzą bezpieczeństwa kryptologii kwantowej

Naukowcy z Austrii, których prace finansowane są ze środków unijnych, badający fizykę ultrazimnych atomów wygenerowali egzotyczny stan, w którym atomy układają się w szeregu w jednowymiarową strukturę, tworząc stabilną fazę wielu ciał z nowymi stanami kwantowo-mechanicznymi. Ich odkrycie, opisane w czasopiśmie Science, otwiera nowy obszar badań w fizyce kwantowej.

Wyniki stanowią dorobek projektu NAME-QUAM (Nanoprojektowanie atomowej i molekularnej materii kwantowej), sfinansowanego na kwotę 2 mln EUR z tematu "Technologie informacyjne i komunikacyjne" Siódmego Programu Ramowego (7PR). Partnerzy NAME-QUAM badają technologie ultrazimnych atomów i molekularnej materii kwantowej, aby zidentyfikować nowe kierunki i alternatywne podejścia do skalowalnego i miniaturyzowalnego przetwarzania informacji kwantowej.

Naukowcy specjalizujący się w dziedzinie "fizyki kwantowej wielu ciał" zaobserwowali radykalne wzmocnienie skutków fluktuacji kwantowych, kiedy interakcje między cząstkami są silne, a geometria systemu prosta. Dobrze znane przykłady obejmują zero-wymiarowe kropki kwantowe i jednowymiarowe druty kwantowe. Jednakże osiągnięcie fazy stanu wzbudzonego, który będzie również długożyciowy jest trudne w warunkach doświadczalnych, ponieważ systemy szybko rozpadają się, po części z powodu "sprzęgania" ze środowiskiem.

W ramach ostatnich badań, zespół pod kierunkiem Hannsa-Christopha Naegerla z Uniwersytetu w Innsbrucku, Austria, dostrzegł potencjał ultrazimnych atomów w generowaniu długożyciowej, silnie oddziałującej wzajemnie, wzbudzonej fazy wielu ciał. Zimne atomy mogą z łatwością odprzęgać się do środowiska - jak dowodzi zespół - a ich interakcje są "przestrajalne".

"Ultrazimne gazy kwantowe mają ogromny atut - można je całkiem łatwo wyizolować ze środowiska" - mówi dr Naegerl.

Bozony to cząstki, które mogą zajmować ten sam stan kwantowy; innymi słowy, bozony o tej samej energii mogą zajmować to samo miejsce w przestrzeni. Na bozony zaobserwowane doświadczalnie składają się fotony, które są nośnikami siły pola elektromagnetycznego oraz gluony, które są nośnikami siły będącej źródłem dużej siły jądrowej.

Naukowcy wytworzyli w komorze próżniowej gaz kwantowy, składający się z bozonowych atomów cezu. Następnie wytworzyli sieć optyczną za pomocą dwóch wiązek laserowych. Sieć umieściła atomy w pionowych, jednowymiarowych "rurkach", w których znajdowało się ustawionych w szeregu do 15 atomów. Wiązki laserowe uniemożliwiały atomom wychodzenie z szeregu lub zmianę miejsca. Naukowcy, osiągnąwszy ten stan, wykorzystali pole magnetyczne w celu dostrojenia interakcji między atomami.

"Po zwiększeniu energii interakcji między atomami (przyciąganie), atomy zaczynają się gromadzić i struktura szybko się rozpada" - wyjaśnia dr Naegerl. To zjawisko nazywane jest "efektem Bosenova". Kiedy energia interakcji jest zminimalizowana, atomy są w stanie odpychać się zamiast przyciągać, co umożliwia im ustawienie się w równym i regularnym szeregu w pionie, wzdłuż jednowymiarowej struktury. Powstający w ten sposób system jest stabilny.

Naukowcy zaobserwowali zaskakujący efekt, kiedy interakcje silnie odpychające zamieniono na silne przyciągające. Uzyskali "egzotyczną fazę przypominającą gaz, w której atomy są wzbudzone i skorelowane, ale nie łączą się i nie ma efektu Bosenova" - jak informuje dr Naegerl.

Zdaniem członka zespołu badawczego, Elmara Hallera z Uniwersytetu w Innsbrucku, fazę tę przewidziano już cztery lata temu. "Udało nam się po raz pierwszy osiągnąć ją doświadczalnie" - stwierdził.

Procedura i instalacje doświadczalne zostaną wykorzystane w dalszych badaniach nad właściwościami drutów kwantowych, których obserwacja sprawiała jak dotąd ogromne trudności. Dalsze badania nad strukturami niskowymiarowymi mogą również przynieść nowe dane na temat funkcjonowania nadprzewodników wysokotemperaturowych.

Badania uzyskały dofinansowanie z programu EuroQUASAR (Inicjatywa finansowania wielodyscyplinarnych badań w dziedzinie standardów kwantowych i metrologii) Europejskiej Fundacji Nauki w ramach wspólnego projektu badawczego "Kwantowo zdegenerowane gazy do precyzyjnych pomiarów". Jeden z naukowców uzyskał również międzynarodowe stypendium Marie Curie dla przyjeżdżających naukowców z 7PR.

Źródło: CORDIS

Więcej informacji:

Uniwersytet w Innsbrucku:
http://www.uibk.ac.at/

Science:
http://www.sciencemag.org/

Źródło danych: Uniwersytet w Innsbrucku; Science
Referencje dokumentu: Haller E., et al. (2009) Realisation of an excited, strongly correlated quantum gas phase. Science 325:1224-27. DOI: 10.1126/science.1175850.

komentuj publikację

Czy wiesz że...?

wersja BETA

Bramki kwantowe to proste elementy wykonujące podstawowe obliczenia kwantowe przeprowadzane wg algorytmów kwantowych. Bramki kwantowe stanowią architekturę komputerów kwantowych i realizują przetwarzanie informacji kwantowej. Bramka kwantowa przekształca stan kwantowy |> w inny stan kwantowy |>. Przykłady bramek kwantowych: pełny tekst

Degeneracja (zwyrodnienie) - w fizyce kwantowej zwykle mianem degeneracji określa się sytuację, kiedy jednej wartości energii układu odpowiada wiele stanów kwantowych układu. Zmieniając warunki fizyczne, np. umieszczając go w polu magnetycznym, energie różnych stanów kwantowych mogą zmienić się w różnym stopniu, rozdzielając jeden poziom energetyczny na kilka. pełny tekst

Term atomowy w mechanice kwantowej, obserwowany stan atomu, odpowiadający rzeczywistym stanom o różnej energii, charakteryzujący się określonymi wartościami liczb kwantowych. pełny tekst

Główna liczba kwantowa (n) - pierwsza z liczb kwantowych opisujących układ kwantowy określająca energię układu, np. energię elektronów w atomie. Przyjmuje ona wartości liczb naturalnych n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7... Stany kwantowe o tej samej wartości głównej liczby kwantowej tworzą powłokę elektronową, zwaną poziomem energetycznym. Powłoki te oznacza się kolejno K, L, M, N, O, P, Q. Powłoce K odpowiada n = 1, powłoce L odpowiada n = 2... pełny tekst

Moduł "Czy wiesz że...?" (wersja testowa, beta): definicje/pojęcia wygenerowane w obrębie tego modułu pochodzą z Wikipedii i udostępniane są na licencji Creative Commons: uznanie autorstwa, na tych samych warunkach, z możliwością obowiązywania dodatkowych ograniczeń. Dostęp do pełnej wersji każdego hasła (oraz dokładnch informacji na temat licencji, autora oraz edycji) możliwy jest po kliknięciu w odnośnik opisany jako "pełny tekst".