Квантовый шпион: как ученые подглядывают за атомами стронция

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Оффтопик

Представьте себе мир, где объекты существуют одновременно в нескольких местах, а информация передается мгновенно, независимо от расстояния. Это не фантастика, это квантовый мир — странный и удивительный, где действуют законы, непостижимые для нашего обыденного восприятия. Ученые уже давно стремятся проникнуть в тайны квантовой реальности, и одним из инструментов, позволяющих это сделать, стали квантовые газовые микроскопы.

Свободная интерпретация
Автор: Designer

В Институте фотонных наук в Барселоне (Испания) группа исследователей под руководством Летисии Тарруэлл создала уникальный квантовый газовый микроскоп под названием QUIONE. Его «изюминка» — способность наблюдать за отдельными атомами стронция, элемента, который открывает перед учеными новые горизонты в квантовом мире.

Стронций — новый фаворит квантовой сцены

Стронциевый квантово-газовый микроскоп. (a) Вид сверху на экспериментальную установку, где видно, как луч решетки четыре раза проходит через ячейку из кварцевого стекла(b) Двумерный потенциал, созданный четырехкратной интерференцией лучей решетки (внизу)(c) Вид сбоку на экспериментальную установку с изображением шести красных охлаждающих лучей и объектива, расположенного под стеклянной ячейкой (d) Диаграмма энергетических уровней стронция с широкополосным переходом для получения изображения и узкополосным переходом для охлаждения(e) Среднее азимутальное значение PSF (синие кружки), с гауссовой подгонкой (сплошная линия) и идеальным диском Эйри (пунктирная линия)(f) Необработанное флуоресцентное изображение разбавленного теплового облака
Автор: A Strontium Quantum-Gas Microscope Sandra Buob, Jonatan Höschele, Vasiliy Makhalov, Antonio Rubio-Abadal, and Leticia Tarruell PRX Quantum 5, 020316 — Published 18 April 2024DOI: https://doi.org/10.1103/PRXQuantum.5.020316 (CC-BY 4.0) Источник: journals.aps.org

До сих пор в квантовых микроскопах использовались в основном щелочные металлы, такие как литий и калий. Но стронций, щелочноземельный металл, обладает рядом уникальных свойств, которые делают его идеальным кандидатом для квантовых экспериментов. Его энергетический спектр — настоящий лабиринт для исследователей, позволяющий создавать сложные квантовые состояния и манипулировать ими с высокой точностью. Кроме того, стронций обладает «запрещенными» переходами, которые делают его квантовые состояния невероятно стабильными, словно неприступные крепости для внешних воздействий.

Квантовый театр одного атома
Обнаружение сверхтекучей жидкости Бозе-Хаббарда. (a) Изображение in situ квантового газа, загруженного в оптическую решетку на глубину V0=2.3(1)Er. (b) Изображение, полученное после двумерного расширения в ловушке, во время которого решетка резко выключается на времяtexp=2мсв то время как атомы удерживаются в плоскости с помощью гармонической ловушки, создаваемой световым пучком. Среднее значение десяти таких изображений показано в (c), где в углах изображения видны интерференционные пики более высокого порядка. Цветовая шкала в (c) была изменена, чтобы лучше различить картину.
Автор: A Strontium Quantum-Gas Microscope Sandra Buob, Jonatan Höschele, Vasiliy Makhalov, Antonio Rubio-Abadal, and Leticia Tarruell PRX Quantum 5, 020316 — Published 18 April 2024DOI: https://doi.org/10.1103/PRXQuantum.5.020316 (CC-BY 4.0) Источник: journals.aps.org

QUIONE позволяет ученым не просто наблюдать за отдельными атомами стронция, но и создавать для них настоящий «квантовый театр». С помощью лазеров исследователи охлаждают атомы до температур, близких к абсолютному нулю, переводя их в квантовое состояние, где привычные законы физики отступают. Затем атомы помещаются в «оптическую решетку» — своеобразную сетку из лазерных лучей, где они словно актеры на сцене, взаимодействуют друг с другом.

Квантовое туннелирование: побег из «оптической тюрьмы»

И здесь начинается самое интересное. Атомы, подобно призракам, способны «туннелировать» — проходить сквозь барьеры, которые в классической физике считались бы непреодолимыми. Это квантовое туннелирование — прямое доказательство того, что атомы в квантовом мире ведут себя не как крошечные шарики, а как волны, способные «просачиваться» сквозь препятствия.

QUIONE: моделируя будущее

QUIONE — это не просто микроскоп, это инструмент для моделирования квантовых систем, которые могут лечь в основу будущих квантовых компьютеров, способных решать задачи, недоступные для современных компьютеров. С помощью QUIONE ученые могут изучать квантовые алгоритмы, разрабатывать новые типы кубитов — квантовых битов, — и исследовать фундаментальные вопросы физики.

Квантовые газовые микроскопы, подобные QUIONE, открывают перед нами удивительный мир, где атомы танцуют квантовый балет, а законы физики переворачиваются с ног на голову. Это мир, полный загадок и возможностей, которые еще предстоит раскрыть. И кто знает, какие еще чудеса ждут нас в глубинах квантовой реальности?

Могут ли квантовые газовые микроскопы, подобные QUIONE, помочь нам понять природу темной материи и темной энергии?

Темная материя и темная энергия — одни из самых больших загадок современной физики. Квантовые газовые микроскопы могут быть использованы для создания моделей, которые позволят изучить поведение этих загадочных сущностей. Например, с помощью QUIONE можно моделировать взаимодействие темной материи с обычным веществом. Однако, необходимо понимать, что это лишь моделирование, а не прямое наблюдение.

1 комментарий

A
Могут ли квантовые газовые микроскопы, подобные QUIONE, помочь нам понять природу темной материи и темной энергии?

Ответ — никак. Поскольку «темные» сущности взаимодействуют только гравитационно, а это слишком слабо на атомном уровне.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Что будет, если растают все ледники? Последствия и прогнозы

Представьте себе мир, где крупнейшие мегаполисы мира уподобились легендарной Атлантиде, скрывшись под толщей воды. Где привычная карта мира стала всего лишь историческим артефактом, ведь очертания...

Правильное время для полива огорода: как избежать потери урожая

Полив огорода — это искусство, требующее не только усердия, но и точности. Даже заядлые садоводы и огородники могут совершать ошибки, результатом которых становится не только гибель...

Почему телевизоры настолько подешевели

Помните те времена, когда покупка нового телевизора была чем-то особенным? Когда приобретение плазменной панели с поддержкой HD считалось роскошью, на которую многие выкладывали немалые деньги...

Почему в пассажирских самолётах не предусмотрены парашюты?

Современная статистика говорит о том, что самолеты — это самый безопасный из современных видов транспорта, и шанс погибнуть в авиакатастрофе гораздо ниже, чем в наземном ДТП. В...

Как правильно носить сумку, чтобы избежать проблем со здоровьем ?

Вы задумывались о том, как правильно носить сумку? Сумки уже давно перестали быть просто аксессуаром и стали неотъемлемой частью повседневной жизни. Мы набиваем их самыми разными...

Почему на самолетах все еще используют алюминиевые заклепки, а не сварку или болты

Возможно, вы замечали, что на фюзеляже самолета располагаются небольшие «пупырышки», которые являются заклепками, надежно удерживающими корпус. Такая технология сборки известна с первых летательных...