Fizikanët levitojnë një nanosferë qelqi, duke e shtyrë atë në fushën e mekanikës kuantike

Mekanika kuantike merret me sjelljen e Universit në një shkallë super të vogël: atomet dhe grimcat nënatomike që veprojnë në mënyra që fizika klasike nuk mund t’i shpjegojë. Në mënyrë që të eksplorojnë këtë tension midis kuantit dhe klasikes, shkencëtarët janë duke u përpjekur që objektet më të mëdha dhe më të mëdha të sillen në një mënyrë të ngjashme me kuantin.

Në rastin e këtij studimi të veçantë, objekti në fjalë është një nanosferë e vogël qelqi, me diametër 100 nanometra – rreth një mijë herë më e vogël se trashësia e qimeve të njeriut. Për mendjet tona kjo është shumë, shumë e vogël, por për sa i përket fizikës kuantike, në të vërtetë është mjaft e madhe, e përbërë nga 10 milion atome.

Shtyrja e një nanosfere të tillë në fushën e mekanikës kuantike është në të vërtetë një arritje e madhe, dhe megjithatë kjo është pikërisht ajo që fizikanët kanë arritur tani.

Duke përdorur dritat e kalibruara me kujdes lazer, nanosfera ishte pezulluar në gjendjen e saj më të ulët mekanike kuantike, një lëvizje jashtëzakonisht e kufizuar, ku sjellja kuantike mund të fillojë të ndodhë.

“Kjo është hera e parë që një metodë e tillë është përdorur për të kontrolluar gjendjen kuantike të një objekti makroskopik në hapësirën e lirë,” thotë Lukas Novotny, një profesor i fotonikës nga ETH Zurich në Zvicër.

Për të arritur gjendje kuantike, lëvizja dhe energjia duhet të thirren poshtë. Novotny dhe kolegët e tij përdorën një enë vakumi të ftohur në -269 gradë Celsius (-452 gradë Fahrenheit) para se të përdornin një sistem feedback për të bërë rregullime të mëtejshme.

Duke përdorur modelet e ndërhyrjeve të gjeneruara nga dy rrezet lazer, studiuesit llogaritën pozicionin e saktë të nanosferës brenda dhomës së saj – dhe prej andej rregullimet precize të kërkuara për ta sjellë lëvizjen e objektit afër zeros, duke përdorur fushën elektrike të krijuar nga dy elektroda.

Nuk është e gjitha kaq ndryshe nga ngadalësimi i një lëkundje në shesh lojërash duke e shtyrë dhe tërhequr derisa të vijë në një pikë pushimi. Pasi të jetë arritur ajo gjendje më e ulët mekanike kuantike, eksperimentet e mëtejshme mund të fillojnë.

“Për të parë qartë efektet kuantike, nanosfera duhet të ngadalësohet … deri në gjendjen e saj lëvizore,” thotë inxhinieri elektrik Felix Tebbenjohanns, nga ETH Cyrih.

“Kjo do të thotë që ne ngrijmë energjinë lëvizore të sferës në një minimum që është afër lëvizjes mekanike kuantike të pikës zero”.

Ndërsa rezultate të ngjashme janë arritur më parë, ata përdorën atë që njihet si një rezonator optik për të ekuilibruar objektet duke përdorur dritën.

Qasja e përdorur këtu mbron më mirë nanosferën nga shqetësimet dhe do të thotë që objekti mund të shihet i izoluar pasi lazeri të fiket – edhe pse kjo do të kërkojë shumë hulumtime të mëtejshme për t’u realizuar.

Një nga mënyrat që studiuesit shpresojnë se gjetjet e tyre mund të jenë të dobishme është studimi se si mekanika kuantike bën që grimcat elementare të sillen si valë. Possibleshtë e mundur që instalimet super të ndjeshme si kjo nanosferë mund të ndihmojnë gjithashtu në zhvillimin e sensorëve të gjeneratës së ardhshme përtej çdo gjëje që kemi sot.

Menaxhimi për të ngritur një sferë kaq të madhe në një mjedis kriogjenik përfaqëson një kërcim domethënës drejt shkallës makroskopike, ku mund të studiohet vija midis klasikes dhe kuantikut.

“Së bashku me faktin se potenciali i bllokimit optik është shumë i kontrollueshëm, platforma jonë eksperimentale ofron një rrugë për të hetuar mekanikën kuantike në shkallët makroskopike”, përfundojnë studiuesit në punimin e tyre të botuar.