Точность квантовой механики: физики раскалывают атом

Точность квантовой механики: физики раскалывают атом

Исследователи из Боннского университета (University of Bonn) только что показали, как один атом может быть разделён на две половины, которые в последствие могут быть снова соединены вместе, сообщает «PC-News.info».

Хотя слово «атом» буквально означает «неделимый», законы квантовой механики позволяют делить атомы так же, как и лучи света, а затем воссоединять их. Учёные хотят построить мосты в квантовой механики, позволяя атому во время его разделения касаться соседних атомов, чтобы она работал между ними, как своего рода мост.

Результаты данной работы были опубликованы в журнале «National Academy of Sciences».

Разделение атомов? То, что походит на ядерное деление и радиоактивность, однако, является точным процессом благодаря квантовой механике. Законы квантовой механики позволяют объектам существовать в нескольких состояниях одновременно. Это, своего рода экспиремент, при котором частицы могут пройти два направления одновременно.

Учёным из Бонна, работающим под руководством профессора Дитер Мешеде из Института прикладной физики (Institute for Applied Physics) при Боннском университете удалось сохранить один атом одновременно в двух местах, каждое из которых имело более десяти микрометров и находились друг от друга на расстоянии одной сотой миллиметра. Это огромное расстояние для атома. Впоследствии, атом был соединён и выглядел совершенно неповреждённым.

Атом имеет раздвоение личности

Хрупкие квантовые эффекты могут произойти только при самых низких температурах и бережном обращении. Один из методов охлаждения атомов цезия использует лазеры и охлаждает его до температуры 1/10 миллиона выше абсолютного нуля — затем, атом контролируется другим лазером. Этот лазерный луч имеет ключевое значение для расщепления атома. Данная система работает, потому что атомы обладают спином, который может идти в двух направлениях. В зависимости от направления, атом может перемещаться при помощи лазера направо или налево, как на конвейере. Ключ в том, что спин атома может находиться в обоих направлениях одновременно. Таким образом, если атом перемещается вправо и влево, он в то же время может быть разделён.

«Атом имеет вид раздвоение личности, половина его движется направо, а вторая половина — налево. Тем не менее, атом всё равно является неповреждённым», — пояснил Андреас Штеффен, ведущий автор публикации.

Части сравнивают свой «опыт»

Но, невозможно увидеть сам процесс раскола, если не пролить свет на атом для производства снимка. Атом может рассматриваться в нескольких изображениях, иногда слева, иногда справа — но не в обоих сразу. И тем не менее, раскол может быть доказан, если обратить атом в его первоначальное состояние. Таким образом, интерферометр может быть построен из отдельных атомов, которые могут, например, использоваться для точного измерения внешних воздействий. Здесь атомы делятся, расходятся и соединяются снова. Что станет видимым, например, различия между магнитными полями этих двух положений или ускорения, так как они фиксируются в квантово-механических состояниях атома. Этот принцип уже используется для очень точного обследования сил, таких как ускорение Земли.

Квантовые системы в качестве инструмента?

Однако, учёные из Бонна пытаются найти моделирование сложных квантовых систем. В течение длительного времени многие физики надеялись научиться моделировать, так называемые топологические изоляторы или фотосинтез растений — явления, которые трудно захватить современными супер компьютерами — с помощью небольших квантовых систем. Первые шаги на пути к такому тренажёру могут состоять из моделирования движения электронов в твёрдом теле, таким образом, получая информацию для инновационных электронных устройств. Примером этого является уравнение Дирака — движение электронов в одном графике слоя или появление искусственной молекулы из взаимодействующих частиц. Но для этого, отдельные атомы не только должны быть хорошо контролируемыми, но и связаны в соответствии с квантово-механическими законами, так как суть дела заключается именно в структуре, состоящей из множества квантовых объектов.

Винтик в коробке передач

«Для нас атом является хорошо контролируемым и смазанным винтиком», — сказал доктор Андреа Альберти, руководитель группы проводящей эксперименты Бонне. «Вы не можете создать калькулятор с замечательной производительностью, используя только эти винтики, но для того, чтобы он работал, они должны находиться в системе». Вот где находится реальное значение расщепления атомов, потому что две половинки соединены снова вместе, далее, снова разделившись они могут вступить в контакт с соседними атомами, а затем разделить их. Это может позволить небольшой сети из атомов, использоваться в памяти компьютера для моделирования и управления реальными системами, что сделает их секреты более доступными. Учёные считают, что весь потенциал управления отдельными атомами через некоторое время станет очевидным.

Источник: pc-news.info

Похожие новости:
Физики создали новую теорию времени
Физики предположили, что минимально возможный в физической Вселенной масштаб времени на несколько порядков больше планковского времени. Более того, существование такого масштаба меняет фундаментальные уравнения квантовой механики, а вместе с этим — и представления о природе времени. Авторы настаивают ..
2016-02-04 3771 0 Научные открытия
1
Физики создали источник равных одиночных фотонов
Физики из Швейцарии, Франции и Германии создали источник света, который испускает одиночные фотоны равной длины волны. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Communications, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Phys.org. Созданный учеными источник ..
2015-09-08 3901 0 Научные открытия
1
Физики осуществили квантовую телепортацию на 25 километров
Физики телепортировали квантовое состояние фотона на расстояние 25 километров. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Photonics, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте AlphaGalileo. В своем эксперименте ученые разнесли два запутанных фотона на расстояние в 25 километров по оптическому ..
2014-09-23 2463 0 Научные открытия
1
Физики назвали фундаментальное свойство природы
Ученые из Орхусского университета (Дания) опросили своих коллег-физиков об их отношении к популярным интерпретациям квантовой механики, а также попросили ответить на вопросы, связанные с квантовой теорией. Препринт исследования находится в распоряжении редакции «Ленты.ру».Принципиальный хаотичный характер квантовых явлений, например, ..
2016-12-07 3218 0 Научные открытия
0
Ученые получили снимок тени атома вещества
Ученые из Университета Гриффита впервые в истории смогли сфотографировать тень, которую отбрасывает всего один атом вещества.Атом столь невелик, что его тень можно зафиксировать только в одном положении. Если микроскоп отклонится от него всего на одну миллиардную долю ..
2012-07-6 1863 0 Научные открытия
0
Ученые установили новый рекорд в квантовой телепортации
Ученым удалось добиться новых успехов в области квантовой телепортации. Исследователи смогли преуспеть в передаче через оптоволоконный кабель квантового состояния частиц света (фотонов) на расстояние 25 км. Эксперимент был основан на квантово-запутанных частицах — так называют квантовые объекты, которые ..
2014-12-11 2498 0 Научные открытия
0
Физики продемонстрировали надежную квантовую телепортацацию
Ученые из Нидерландов и Великобритании продемонстрировалии квантовую телепортацию между двумя кубитами, разделенными расстоянием в три метра. Краткое сообщение об исследовании доступно на сайте Делфтского технического университета в Нидерландах, а статья ученых опубликована в журнале Science. Ученым удалось передать на расстояние квантовую ..
2014-05-30 2245 0 Научные открытия
0
Физики продемонстрировали работу квантового переключателя
Физики Гарвардского университета и Массачусетского технологического института под руководством Михаила Лукина придумали квантовые переключатели, управлять работой которых можно единичными фотонами. Свое исследование авторы опубликовали в журнале Nature, кратко с ним можно ознакомиться на сайте Гарвардского университета. В ..
2014-04-25 2035 0 Научные открытия
0
Ученые впервые наблюдали квантовый парадокс Чеширского кота
Физикам Франции, Австрии и США в Институте Лауэ-Ланжевена (Гренобль, Франция) удалось провести эксперимент, в результате которого они измерили магнитный момент нейтрона независимо от положения самого нейтрона. Явление, которое наблюдали ученые, называется парадоксом Чеширского кота. Результаты своих ..
2014-07-30 2594 0 Научные открытия
0
Ученые обнаружили антифизические молекулы
Группа ученых из химического отдела Кембриджского университета и Кавендишской лаборатории обнаружила то, что движение кольцеобразной молекулы пиррола (pyrrole) по металлической поверхности происходит с нарушением вековых законов классической физики, которые определяют все, что происходит в окружающем нас мире. Используя уникальные ..
2013-05-2 2126 0 Научные открытия
0
Физики усложнили самый красивый эксперимент
Исследователи продемонстрировали волновую природу самых крупных на данный момент молекул в эксперименте по квантовой интерференции на дифракционной решетке. Работа опубликована в журнале Nature Nanotechnology. Эксперимент с квантовой интерференцией некоторые исследователи называли "самым красивым" в истории физики. В новой ..
2012-03-26 1897 0 Научные открытия
0
Ученые получили изображения кота Шредингера
Физики из Вены и Нью-Йорка впервые продемонстрировали снимки камеры, когда последняя не видела оригинал изображения. Визуализация, сделанная аппаратом при помощи трафарета и лазеров, имеет форму кошек и символически напоминает о квантовом эффекте кота Шредингера. Результаты своих исследований ..
2014-08-28 2439 0 Научные открытия
0
Число Пи нашли в квантовой механике
Физик Карл Хаген и математик Тамар Фридман из Рочестерского университета в штате Нью-Йорк вывели формулу для числа Пи из квантовой механики. Результаты своих исследований авторы опубликовали в Journal of Mathematical Physics. В своей работе ученые использовали вариационный принцип для определения ..
2015-11-12 2523 0 Научные открытия
3
Физики сфотографировали атом водорода
Группа ученых из Германии, Греции, Нидерландов, США и Франции получила снимки атома водорода. На этих изображениях, полученных при помощи фотоионизационного микроскопа, видно распределение электронной плотности, которое полностью совпадает с результатами теоретических расчетов. Работа международной группы представлена ..
2013-05-27 2478 1 Научные открытия
0
Физики объяснили роль гравитации в проявлении квантовых свойств
Физики из Австрии объяснили роль гравитации в подавлении проявления квантовых свойств микромира. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Physics. Исследование микромира — взаимодействий элементарных частиц — проводится, как правило, на низких энергиях в пренебрежении эффектами гравитации. Однако ..
2015-06-16 7369 0 Научные открытия
0