Hulumtimi bën përparim drejt vëzhgimit të kthimit kuantik në dy dimensione

Studiuesit në Fakultetin e Fizikës të Universitetit të Varshavës kanë mbivendosur dy rreze drite të përdredhura në drejtim të akrepave të orës për të krijuar kthesa kundër akrepave të orës në rajonet e errëta të mbivendosjes rezultante. Rezultatet e hulumtimit janë publikuar në Optica . Ky zbulim ka implikime për studimin e ndërveprimeve dritë-materies dhe përfaqëson një hap drejt vëzhgimit të një fenomeni të veçantë të njohur si një rrjedhje kuantike.

“Imagjinoni sikur po hidhni një top tenisi. Topi fillon të ecë përpara me vrull pozitiv. Nëse topi nuk godet një pengesë, nuk ka gjasa të prisni që ai të ndryshojë papritur drejtim dhe të kthehet tek ju si një bumerang,” vëren. Bohnishikha Ghosh, një studente doktorature në Fakultetin e Fizikës të Universitetit të Varshavës. “Kur rrotulloni një top të tillë në drejtim të akrepave të orës, për shembull, prisni që ai të vazhdojë të rrotullohet në të njëjtin drejtim.”

Sidoqoftë, gjithçka ndërlikohet kur, në vend të një topi, kemi të bëjmë me grimca në mekanikën kuantike . “Në mekanikën klasike , një objekt ka një pozicion të njohur. Ndërkohë, në mekanikën kuantike dhe optikën, një objekt mund të jetë në të ashtuquajturën mbivendosje, që do të thotë se një grimcë e dhënë mund të jetë në dy ose më shumë pozicione në të njëjtën kohë.” shpjegon Dr. Radek Lapkiewicz, kreu i Laboratorit të Imazhe Kuantike në Fakultetin e Fizikës, Universiteti i Varshavës.

Grimcat kuantike mund të sillen në mënyrë krejt të kundërt me topin e lartpërmendur të tenisit – ato mund të kenë një probabilitet të lëvizin prapa ose të rrotullohen në drejtim të kundërt gjatë disa periudhave kohore. “Fizikantët e quajnë një fenomen të tillë kthim prapa,” specifikon Bohnishikha Ghosh.

Rrjedha e pasme në sistemet kuantike nuk është vëzhguar eksperimentalisht deri më tani. Në vend të kësaj, ajo është arritur me sukses në optikën klasike, duke përdorur rreze drite. Punimet teorike të Yakir Aharonov, Michael V. Berry dhe Sandu Popescu hulumtuan lidhjen midis kthimit në mekanikën kuantike dhe sjelljes anormale të valëve optike në shkallë lokale.

Y. Eliezer et al. vrojtuar kthimin optik prapa duke sintetizuar një ballë valore komplekse. Më pas, në grupin e Dr. Radek Lapkiewicz, Dr. Anat Daniel et al. e kanë demonstruar këtë fenomen në një dimension duke përdorur ndërhyrjen e thjeshtë të dy trarëve.

“Ajo që më duket magjepsëse në këtë punë është se e kupton shumë lehtë se si gjërat po bëhen të çuditshme kur hyn në mbretërinë e matjeve në shkallë lokale”, thotë Dr. Anat Daniel.

Në punimin e tyre “Rrjedha e pasme azimutale në momentin këndor orbital që mbart dritë”, studiuesit nga Fakulteti i Fizikës, Universiteti i Varshavës, kanë treguar efektin e kthimit prapa në dy dimensione. “Në studimin tonë, ne kemi mbivendosur dy rreze drite të përdredhura në drejtim të akrepave të orës dhe kemi vëzhguar në vend kthesa në të kundërt të akrepave të orës,” shpjegon Dr. Lapkiewicz.

Për të vëzhguar fenomenin, studiuesit përdorën një sensor të ballit të valës Shack-Hartman. Sistemi, i cili përbëhet nga një grup mikrolentesh i vendosur përpara një sensori CMOS (gjysmëpërçues plotësues i oksidit metalik), siguron ndjeshmëri të lartë për matjet hapësinore dy-dimensionale.

“Ne hetuam mbivendosjen e dy rrezeve që mbartin vetëm momentin këndor orbital negativ dhe vëzhguam, në rajonin e errët të modelit të interferencës, momentin këndor lokal pozitiv të orbitës. Ky është kthimi azimutal”, thotë Bernard Gorzkowski, një student doktorature në Imazhe Kuantike. Laboratori, Fakulteti i Fizikës.

Vlen të përmendet se rrezet e dritës me varësi të fazës azimutale (spirale) që mbajnë momentin këndor orbital u krijuan për herë të parë nga Marco Beijersbergen et al. eksperimentalisht në 1993 duke përdorur lente cilindrike.

Që atëherë, ata kanë gjetur aplikime në shumë fusha, si mikroskopi optik ose piskatore optike , një mjet që lejon manipulimin gjithëpërfshirës të objekteve në shkallë mikro dhe nano, krijuesi i të cilit, Arthur Ashkin, u nderua me Çmimin Nobel 2018 në Fizikë. Piskatore optike aktualisht po përdoren për të studiuar vetitë mekanike të membranave qelizore ose fijeve të ADN-së ose ndërveprimet midis qelizave të shëndetshme dhe kancerit.

Siç theksojnë shkencëtarët, demonstrimi i tyre aktual mund të interpretohet si superoscilime në fazë. Lidhja midis kthimit në mekanikën kuantike dhe superoscilimeve në valë u përshkrua për herë të parë në vitin 2010 nga profesor Michael Berry, një fizikant nga Universiteti i Bristolit.

Superoscilimi është një fenomen që i referohet situatave kur lëkundjet lokale të një mbivendosjeje janë më të shpejta se komponenti i tij më i shpejtë Furier. Ajo u parashikua për herë të parë në vitin 1990 nga Yakir Aharonov dhe Sandu Popescu, të cilët zbuluan se kombinimet e veçanta të valëve sinus prodhojnë rajone të valës kolektive që lëvizin më shpejt se çdo përbërës.

Michael Berry, në botimin e tij “Faster se Fourier”, ilustroi fuqinë e superoscilimit duke treguar se, në parim, është e mundur të luhet Simfonia e Nëntë e Beethoven duke kombinuar vetëm valët e zërit me frekuenca nën 1 Hertz – frekuenca aq të ulëta sa nuk do të të dëgjohet nga një njeri. Megjithatë, kjo është shumë jopraktike, sepse amplituda e valëve në rajonet super-oshiluese është shumë e vogël.

“Rrjedha e pasme që paraqitëm është një manifestim i ndryshimeve të shpejta në fazë, të cilat mund të jenë të rëndësishme në aplikacionet që përfshijnë ndërveprime dritë-materie si kapja optike ose dizajnimi i orëve atomike ultra precize,” thotë Bohnishikha Ghosh. Përveç këtyre, publikimi i grupit nga Fakulteti i Fizikës, Universiteti i Varshavës, është një hap në drejtim të vëzhgimit të kthimit kuantik në dy dimensione, i cili teorikisht është konstatuar të jetë më i fortë se kthimi njëdimensional.