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:
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 1758 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 1921 0 Научные открытия
0
В ЦЕРНе с новой точностью измерили заряд антиводорода
Коллаборация ALPHA в ЦЕРНе провела измерение заряда антиводорода с точностью до восьмого знака после запятой. Работа ученых опубликована в журнале Nature Communications, кратко с ней можно ознакомиться на сайте ЦЕРНа. В своем эксперименте ученые изучали траектории атомов антиводорода, ..
2014-06-04 1620 0 Научные открытия
0
В США увидели «твердый» свет
Ученые из США и Швейцарии сумели продемонстрировать корпускулярные свойства света. «Твердый» свет, наблюдаемый специалистами в лаборатории в США, открывает большие возможности для исследований в области квантовой оптики и физической кинетики. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Reviev ..
2014-09-10 2539 0 Научные открытия
0
Ученые показали танцующие атомы кремния
Физики из Национальной лаборатории Оук-Ридж запечатлели «танцующие» атомы кремния. Статью об этом ученые опубликовали в журнале «Nature» Краткое содержание статьи доступно, в пресс-релизе на сайте лаборатории. Там же размещено видео (.mov) «танца». Ученые продемонстрировали необычное поведение частиц, поместив ..
2013-04-4 2046 0 Научные открытия
4
Впервые создан комплекс одновременно с одинарной, двойной и тройной связью металл-азот
Химики из Университета Мичигана впервые синтезировали комплекс, в котором центральный атом металла одновременно образует одинарные, двойную и тройную связи с атомами азота лигандов. Нитридо-имидо-амидный комплекс хрома был получен в двухстадийном синтезе и оказался янтарно-желтым кристаллическим соединением. Синтез ..
2016-01-15 1429 0 Научные открытия
0
Русско-американский элемент снова потерял место в таблице Менделеева
Физики-экспериментаторы продолжают споры о положении в таблице химических элементов синтезированного искусственным образом в Дубне и Беркли атома лоуренсия. Исследование свойств этого элемента затруднено из-за его небольшого времени жизни. Об этом рассказывает Nature News. Споры возобновились после эксперимента ..
2015-04-11 3893 0 Научные открытия
0
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 3776 0 Научные открытия
1
Ученые изучают магнитные свойства графена
Уже прошло около трех лет с момента открытия графена - нового материала, способного изменить мир благодаря своей беспрецедентной прочности, гибкости и проводимости. Сейчас ученые начали исследовать наличие магнетизма у материала, которое может революционизировать свое применение в ряде ..
2014-01-06 2120 0 Научные открытия
0
Ученые создали эффективные солнечные батареи
Ученые из Государственного университета Северной Каролины и Китайской академии наук нашли простой способ изменить молекулярную структуру полимера обычно используемую в солнечных элементах. Такое несложное изменение может повысить эффективность солнечных батарей более чем на 30 процентов. Полимер на основе ..
2014-01-06 2517 1 Научные открытия
3
Ученые нашли самый прочный в мире материал
Ученые из Гельмгольца (Берлин, Германия) (HZB) обнаружили, что графен сохраняет свои замечательные электропроводящие свойства даже когда он находится в тесном контакте с такими материалами, как стекло и кремний. Это может стать ключевым открытием для разработки более эффективных тонкопленочных солнечных ..
2013-10-12 2379 0 Научные открытия
0
Изотоп Sm-146 изменяет историю Солнечной системы
Согласно исследованиям «U. S. Department of Energy’s Argonne National Laboratory» опубликованным в журнале «Science», на самом деле, первые дни нашей Солнечной системы могли выглядеть совсем иначе, чем считалось ранее, сообщает «WordScience.org». Чтобы определить период полураспада самария ..
2012-04-6 1457 0 Научные открытия
0
Физики вновь озадачены результатами измерений протона
Очередные попытки измерить размер протона поставили ученых в тупик. Результаты вновь оказались отличными от предыдущих, полученных при использовании других методов, и причины этих различий ученые найти не могут. В этот раз физики измерили размер протона при помощи метода ..
2014-01-15 2599 3 Научные открытия
3
Расчет дифракционных решеток ускорили «искривлением пространства»
Физики из МФТИ и французского Университета Жана Монне предложили новый метод моделирования рассеяния света на дифракционных решетках. Алгоритм требует меньше ресурсов, чем традиционные подходы и оптимизирован для расчетов на процессорах обыкновенных компьютерных видеокарт. Это позволяет получить значительный прирост в скорости вычислений. Исследование ..
2017-01-25 7632 0 Научные открытия
0
Квантовый компьютер использовали для подтверждения теории относительности
Физики из США, Японии и России с помощью квантового компьютера получили очередное подтверждение специальной теории относительности (СТО), придуманной Эйнштейном. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Калифорнийского университета ..
2015-01-31 2232 0 Научные открытия
2