Yurii Mongol
0 
3116
295
Kvantový svět je docela divoký, kde se zdánlivě nemožné děje pořád: Teensy objekty oddělené kilometry jsou navzájem svázány a částice mohou být dokonce na dvou místech najednou. Jedním z nejzložitějších kvantových supervelmocí je však pohyb částic zdánlivě neproniknutelnými bariérami.
Tým fyziků nyní vymyslel jednoduchý způsob, jak změřit dobu trvání tohoto bizarního jevu, který se nazývá kvantové tunelování. A zjistili, jak dlouho tunel trvá od začátku do konce - od chvíle, kdy částice vstoupí do bariéry, tunely projdou a vyjdou na druhou stranu, informovali online 22. července v časopise Nature..
Kvantové tunelování je jev, ve kterém se atom nebo subatomická částice může objevit na opačné straně bariéry, která by neměla být pro částici nemožná proniknout. Je to, jako byste šli a narazili jste na 10 metrů vysokou (3 metry) stěnu vedoucí až k okům. Bez žebříku nebo horolezeckých dovedností Spider-man by zeď nemohla pokračovat.
Příbuzný: 18 největších nevyřešených záhad ve fyzice
V kvantovém světě je však vzácné, ale možné, aby se atom nebo elektron jednoduše „objevil“ na druhé straně, jako by tunel byl vykopán stěnou. „Kvantové tunely jsou jedním z nejrozmanitějších kvantových jevů,“ uvedl spoluautor studie Aephraim Steinberg, co-director programu Quantum Information Science Program v Kanadském institutu pro pokročilý výzkum. "A je úžasné, že jsme to nyní schopni takto studovat."
Kvantové tunelování není pro fyziky nic nového. Tvoří základ mnoha moderních technologií, jako jsou elektronické čipy, nazývané tunelové diody, které umožňují pohyb elektřiny obvodem v jednom směru, ale nikoli druhým. Skenovací tunelové mikroskopy (STM) také používají tunelování k doslovnému zobrazení jednotlivých atomů na povrchu pevné látky. Krátce poté, co byl vynalezen první STM, vědci z IBM hlásili, že pomocí zařízení vyhláskuje písmena IBM pomocí 35 xenonových atomů na niklovém substrátu.
Zatímco zákony kvantové mechaniky umožňují kvantové tunelování, vědci stále nevědí přesně, co se stane, zatímco podatomová částice prochází procesem tunelování. Ve skutečnosti si někteří vědci mysleli, že částice se objevuje okamžitě na druhé straně bariéry, jako by se tam okamžitě teleportovala, Sci-News.com hlásila.
Vědci se dříve pokusili změřit dobu potřebnou k tomu, aby došlo k tunelům, s různými výsledky. Jednou z obtíží v dřívějších verzích tohoto typu experimentu je identifikace okamžiku zahájení a zastavení tunelů. Pro zjednodušení metodologie vědci použili magnety k vytvoření nového druhu „hodin“, které by zatikaly pouze, když částice tunelovala.
Subatomické částice mají všechny magnetické vlastnosti a když jsou magnety v externím magnetickém poli, otáčejí se jako rotující vrchol. Velikost rotace (nazývaná také precese) závisí na tom, jak dlouho je částice v tomto magnetickém poli koupána. Torontova skupina věděla, že k vytvoření jejich bariéry používá magnetické pole. Když jsou částice uvnitř bariéry, precesují. Venku to tak není. Měřením toho, jak dlouho částice precesy řekly vědcům, jak dlouho tyto atomy zabraly tunelem přes bariéru.
Příbuzný: 18krát kvantové částice foukaly naší mysli
"Experiment je úchvatný technický úspěch," řekl Drew Alton, profesor fyziky na Augustanské univerzitě v Jižní Dakotě..
Vědci připravili přibližně 8 000 atomů rubidia a ochladili je na miliardtinu stupně nad absolutní nulou. Atomy musely mít tuto teplotu, jinak by se náhodou pohybovaly náhodně při vysokých rychlostech, než aby zůstaly v malém shluku. Vědci použili laser k vytvoření magnetické bariéry; Zaměřili laser tak, aby bariéra byla 1,3 mikrometrů (mikronů) tlustá nebo tloušťka asi 2 500 atomů rubidia. (Takže kdybyste byli tlustou nohou, zezadu dozadu, tato bariéra by byla ekvivalentem asi půl míle tlusté.) Pomocí jiného laseru vědci vrazili atomy rubidia směrem k bariéře a pohybovali je asi 0,15 palce za sekundu (4 milimetry / s).
Jak se očekávalo, většina atomů rubidia se odrazila od bariéry. Kvůli kvantovému tunelování však asi 3% atomů proniklo bariérou a objevilo se na druhé straně. Na základě precese těchto atomů jim trvalo bariéru překročit asi 0,6 milisekundy.
Příbuzný-11 největších nezodpovězených otázek o temné hmotě
-Infographic: Jak funguje kvantové zapletení
-12 nejdůležitějších a ohromujících kvantových experimentů
Chad Orzel, docent fyziky na Union College v New Yorku, který nebyl součástí studie, tento experiment ocenil: „Jejich experiment je důmyslně zkonstruován tak, aby bylo obtížné jej interpretovat jako cokoli jiného, než co říká,“ řekl Orzel , autor knihy „Jak učit kvantovou mechaniku svému psovi“ (Scribner, 2010) „Je to jeden z nejlepších příkladů, kdy uvidíte myšlenkový experiment uskutečněný,“ dodal.
Experimenty zkoumající kvantové tunelování jsou obtížné a pro pochopení důsledků této studie je nutný další výzkum. Skupina Toronto již zvažuje vylepšení svého aparátu, aby nejen určila délku tunelovacího procesu, ale také zjistila, zda se mohou dozvědět něco o rychlosti atomů v různých bodech uvnitř bariéry. "Pracujeme na novém měření, kde bariéru zesílíme a poté určíme množství precese v různých hloubkách," řekl Steinberg. "Bude velmi zajímavé zjistit, zda je rychlost atomů konstantní nebo ne."
V mnoha interpretacích kvantové mechaniky je nemožné - i v zásadě - určit trajektorii subatomické částice. Takové měření by mohlo vést k nahlédnutí do matoucího světa kvantové teorie. Kvantový svět se velmi liší od světa, který známe. Experimenty, jako jsou tyto, pomohou učinit to trochu méně záhadným.
Zobrazit všechny komentáře (10)