• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Uwzględnienie współczynnika Q w mechanice kwantowej

    11.03.2011. 17:37
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Wszystkie obiekty się poruszają W świecie zdominowanym przez urządzenia elektroniczne łatwo jest zapomnieć, że wszystkie pomiary wiążą się z ruchem - czy to ruchem elektronów w tranzystorze, czy to manipulowaniem elementami mechanicznymi. Wyniki nowych badań finansowanych przez UE sugerują, że mechanika kwantowa może być kluczem do uzyskania odpowiedzi na pytanie, w którym momencie ruch ustanie.

    Badacze z Uniwersytetu Wiedeńskiego w Austrii oraz uczelni Technische Universität München w Niemczech ogłosili w czasopiśmie Nature Communications swoje odkrycia, dzięki którym został rozwiązany długo nękający naukowców problem dotyczący konstrukcji rezonatorów mikroelektromechanicznych i nanoelektromechanicznych.

    Obecnie rezonatory mikroelektromechaniczne i nanoelektromechaniczne są wykorzystywane podobnie jak pierwsze wykrywacze siły, ale mają znacznie większe możliwości - rzędu zeptoniutonów (10-21 N). Do nowych potencjalnych zastosowań należy pomiar sił oddziałujących pomiędzy cząsteczkami i sił powstających w wyniku magnetycznego rezonansu elektronów.

    Przyszłość niezmiernie małych urządzeń mechanicznych przedstawia się obiecująco, jednak ich najatrakcyjniejsze zastosowania pozostają kwestią dalszych szczegółowych badań. Choć takie czujniki podlegają prawom fizyki klasycznej, w warunkach laboratoryjnych wyraźnie dostrzegalne są efekty kwantowe.

    Obecnie możliwe (i bardzo interesujące) jest badanie wewnętrznych fluktuacji kwantowych, którym podlega samo urządzenie mechaniczne. Jakie warunki są potrzebne do ich obserwacji i czego możemy się dzięki nim dowiedzieć? W ramach najnowszego badania przeanalizowano minimalizację rozpraszania energii.

    Gdy szarpiemy struny instrumentu muzycznego, na przykład gitary, dzięki wibracjom powstają fale akustyczne, które odbieramy w formie dźwięku. Czystość emitowanego dźwięku jest ściśle powiązana z zanikaniem amplitudy drgań, tj. utratą energii mechanicznej (współczynnik Q) układu.

    Im większa wartość współczynnika Q, tym czystszy ton i dłuższy czas drgania układu do momentu wytłumienia dźwięku. Do niedawna problemem było dokładne przewidzenie wartości możliwego do osiągnięcia współczynnika Q, nawet w przypadku względnie prostej geometrii.

    Zespół badawczy opracował narzędzie do rozwiązywania problemów numerycznych z wykorzystaniem skończonej liczby elementów. Za jego pomocą można określić wytłumienie wynikające z konstrukcji prawie dowolnego rezonatora mechanicznego.

    "Wyznaczamy obliczeniowo, w jaki sposób elementarne wzbudzenia mechaniczne czy fonony rozchodzą się z rezonatora mechanicznego ku obudowie urządzenia" - powiedział Garrett Cole, starszy naukowiec w grupie Aspelmeyera Uniwersytetu Wiedeńskiego.

    Pomysł opiera się na pracach Ignacio Wilsona-Rae, fizyka z Technische Universität München. We współpracy z grupą naukowców wiedeńskich zespół zaproponował rozwiązanie numeryczne mające na celu obliczenie sposobu rozchodzenia się fononów w prosty sposób za pomocą standardowego komputera PC.

    Zdolność prognostyczna narzędzia numerycznego uwzględniającego współczynnik Q eliminuje istniejącą obecnie konieczność spekulacji (stosowania metody prób i błędów) w procesie tworzenia drgających struktur mechanicznych. Badacze wskazali, że proces ten jest niezależny od skali i może zostać zastosowany zarówno w odniesieniu do nanourządzeń, jak i układów makroskopowych.

    Badanie było współfinansowane w ramach następujących projektów UE: MINOS ("Układy mikrooptomechaniczne i nanooptomechaniczne w technologiach ICT i QPIC"), QESSENCE ("Kwantowe interfejsy, czujniki i komunikacja w oparciu o zjawisko splątania"), IQOS ("Zintegrowane kwantowe układy optomechaniczne") oraz QOM ("Optomechanika kwantowa: podstawa kwantowa oraz informacje kwantowe w mikroskali i nanoskali").

    Projekty MINOS i QESSENCE uzyskały wsparcie w wysokości odpowiednio 2,27 i 4,7 mln euro w ramach obszaru tematycznego "Technologie informacyjne i komunikacyjne" (Information and communication technologies, ICT) Siódmego Programu Ramowego (7PR). Projekt IQOS uzyskał wsparcie w wysokości 171 412 euro w ramach grantu "Międzynarodowe stypendia przyjazdowe" programu Marie Curie, natomiast projekt QOM uzyskał wsparcie w wysokości 1,67 mln euro w ramach grantu startowego Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)

    Efekty kwantowe, (zjawiska kwantowe) są to efekty specyficznie związane z mechaniką kwantową, zjawiska zachodzące w mikroskali opisywane przez mechanikę kwantową.

    Efekty kwantowe, (zjawiska kwantowe) są to efekty specyficznie związane z mechaniką kwantową, zjawiska zachodzące w mikroskali opisywane przez mechanikę kwantową.

    Efekty kwantowe, (zjawiska kwantowe) są to efekty specyficznie związane z mechaniką kwantową, zjawiska zachodzące w mikroskali opisywane przez mechanikę kwantową.

    Efekty kwantowe, (zjawiska kwantowe) są to efekty specyficznie związane z mechaniką kwantową, zjawiska zachodzące w mikroskali opisywane przez mechanikę kwantową.

    Teoria kwantowa - a właściwie kwantowe teorie to teorie szczegółowe modele fizyczne, które za swą podstawę teoretyczną przyjmują mechanikę kwantową. Często nazwa teoria kwantowa jest używana jako synonim mechaniki kwantowej.

    Muzyka mechaniczna – muzyka wykonywana lub odtwarzana przez instrumenty muzyczne lub inne urządzenia najczęściej mechaniczne, a współcześnie mechaniczno-elektroniczne lub elektroniczne, wcześniej skomponowaną zapisaną na nośniku. Do urządzeń takich można zaliczyć także wytwarzające dźwięki na zasadzie przypadkowej. Przeciwieństwem muzyki mechanicznej w tym rozumieniu jest muzyka wykonywana na żywo.

    Tłumienie (gaśnięcie) drgań – zmniejszanie się amplitudy drgań swobodnych wraz z upływem czasu, związane ze stratami energii układu drgającego. Tłumienie obserwowane jest zarówno w układach mechanicznych jak elektrycznych. W przypadku fal biegnących tłumienie prowadzi do zmniejszania się amplitudy fali wraz ze wzrostem odległości od źródła, co wynika z rozpraszania energii.

    Dodano: 11.03.2011. 17:37  


    Najnowsze