Vain seitsemän fotonia voi toimia miljardeina

Anonim

Järjestelmä, joka on tehty vain muutamasta partikkelista, toimii yhtä hyvin kuin suurempia järjestelmiä, jolloin tutkijat voivat tutkia kvanttikäyttäytymistä helpommin.

Useimmat aineet fysiikan tutkijat koostuvat valtavasta määrästä hiukkasia - niin suuria, että pudotuksen käyttäytymisominaisuuksien tai uima-altaan puhdasta vettä ei olennaisesti ole eroa. Jopa yksi pisara voi sisältää enemmän kuin nelikulmion hiukkasia.

Tämä tekee ymmärryksestä kollektiivisen käyttäytymisen suhteellisen helpoksi. Esimerkiksi sekä vesi että pudotus ja altaassa jäätyvät 0 ° C: ssa ja kiehuvat 100 ° C: ssa.

Tällaiset "vaiheensiirrot" (ts. Nestemäisestä kiinteään tai nesteestä kaasuun) voivat näkyä äkillisesti näissä suurissa järjestelmissä, koska niin monet hiukkaset ovat mukana, että kaikki näyttävät toimivan kerralla. Mutta entä pienemmissä järjestelmissä? Kun hiukkasia on vain kourallinen, sovelletaanko samoja vaiheensiirtyjä koskevia sääntöjä?

Vastauksena näihin kysymyksiin Imperial College Lontoon, Oxfordin yliopiston ja Karlsruhen teknisen tutkimuslaitoksen (Saksa) tutkijat tekivät järjestelmän, jossa oli alle 10 fotonia, valon perusosat. Niiden tulokset, jotka julkaistiin tänään Nature Fysiikassa, osoittavat, että vaiheensiirtymät tapahtuvat yhä järjestelmissä, joissa on keskimäärin vain seitsemän hiukkasta.

Hiukkasten kvanttikäyttäytymisen tutkiminen on paljon helpompaa, kun hiukkasia on pienempi, joten se, että näissä pienissä järjestelmissä tapahtuu vaiheensiirtymiä, tutkijat pystyvät paremmin tutkimaan kvanttiominaisuuksia, kuten koherenssia.

Johtamisjohtaja Robert Nyman, Imperialin fysiikan laitokselta, sanoi: "Nyt kun on vahvistettu, että" vaiheensiirto "on edelleen hyödyllinen käsite tällaisissa pienissä järjestelmissä, voimme tutkia ominaisuuksia sellaisilla tavoilla, jotka eivät olisi mahdollisia suuremmissa järjestelmiin.

"Erityisesti voimme tutkia aineen ja valon kvanttiominaisuuksia - mitä tapahtuu pienimmässä mittakaavassa vaiheensiirtymien tapahtuessa."

Järjestelmä tutkittu oli Bose-Einstein-kondensaatti (BEC) fotoneista. BEC: t muodostuvat, kun kvanttihiukkasten kaasu on niin kylmä tai niin lähellä toisiaan, että niitä ei enää voida erottaa. BEC on aineen tila, jolla on hyvin erilaiset ominaisuudet kiinteistä aineista, nesteistä, kaasusta tai plasmoista.

Joukkue totesi, että lisäämällä fotoneja järjestelmään vaiheensiirto BEC: hen tapahtuisi, kun järjestelmä saavutti noin seitsemän fotonia, vähemmän kuin missään muussa BEC: ssä aiemmin. Koska se oli niin pieni, siirtyminen oli vähemmän äkillistä kuin suurissa järjestelmissä, kuten vesistöissä, mutta se, että siirtyminen tapahtui ennustettavissa olevassa paikassa, peilisi suurempia järjestelmiä hyvin.

Järjestelmä luotiin yksinkertaisella laitteella - eräät loisteputket ja kaarevat peilit. Tämä tarkoittaa, että myös kvanttiominaisuuksien tutkimisessa hyödyllistä järjestelmää voitaisiin käyttää erityisten valaistustilojen luomiseen ja manipulointiin.

Kirjoittaja Dr. Florian Mintert Imperiumin fysiikan laitokselta sanoi: "Kahden erillisen maailman parasta - vaiheensiirtojen fysiikasta ja pienten järjestelmien saatavuudesta - tämä epätavallinen valolähde on potentiaalisia sovelluksia mittauksessa tai tunnistamisessa ."

menu
menu