Më në fund u demonstrua efekti i çuditshëm kuantik që mund të kthejë lëndën në të padukshme

Një efekt i çuditshëm kuantik që ishte parashikuar dekada më parë është demonstruar më në fund – nëse e bëni një re gazi të ftohtë dhe mjaft të dendur, mund ta bëni atë të padukshme.

Shkencëtarët në Institutin e Teknologjisë në Masaçusets (MIT) përdorën lazer për të shtrydhur dhe ftohur gazin e litiumit në densitet dhe temperatura mjaft të ulëta sa që shpërndante më pak dritë. Nëse ata mund ta ftohin renë edhe më afër zeros absolute (minus 459,67 gradë Fahrenheit, ose minus 273,15 gradë Celsius), ata thonë se ajo do të bëhet plotësisht e padukshme.

Efekti i çuditshëm është shembulli i parë specifik i një procesi mekanik kuantik të quajtur bllokimi i Paulit.

“Ajo që ne kemi vëzhguar është një formë shumë e veçantë dhe e thjeshtë e bllokimit të Paulit, që është se parandalon një atom nga ajo që të gjithë atomet do të bënin natyrshëm: shpërndajnë dritën,” tha autori i vjetër i studimit Wolfgang Ketterle, një profesor i fizikës në MIT. në një deklaratë. “Ky është vëzhgimi i parë i qartë se ky efekt ekziston dhe tregon një fenomen të ri në fizikë.”

Teknika e re mund të përdoret për të zhvilluar materiale që shtypin dritën për të parandaluar humbjen e informacionit në kompjuterët kuantikë.

E ngjashme: Tani e shihni: 6 përralla të padukshmërisë në kulturën pop

Bllokimi i Paulit vjen nga parimi i përjashtimit të Paulit, i formuluar për herë të parë nga fizikani i famshëm austriak Wolfgang Pauli në 1925. Pauli pohoi se të gjitha të ashtuquajturat grimca të fermionit – si protonet, neutronet dhe elektronet – me të njëjtën gjendje kuantike si njëra-tjetra nuk mund të ekzistojnë në të njëjtën hapësirë.

Për shkak se në nivelin kuantik drithërues ka vetëm një numër të kufizuar gjendjesh energjetike, kjo i detyron elektronet në atome të grumbullohen në predha me nivele më të larta energjie që orbitojnë gjithnjë e më larg bërthamave atomike. Ai gjithashtu mban elektronet e atomeve të veçanta larg njëri-tjetrit, sepse, sipas një punimi të vitit 1967, bashkëautor nga fizikani i famshëm Freeman Dyson, pa parimin e përjashtimit të gjithë atomet do të shemben së bashku ndërsa shpërthen në një çlirim të madh energjie.

Këto rezultate jo vetëm që prodhojnë variacionin befasues të elementeve të tabelës periodike, por gjithashtu parandalojnë që këmbët tona, kur mbillen në papastërti, të bien nëpër tokë, duke na çuar të biem në qendër të Tokës.

Parimi i përjashtimit vlen edhe për atomet në një gaz. Zakonisht, atomet në një re gazi kanë shumë hapësirë ​​për të kërcyer, që do të thotë se edhe pse mund të jenë fermione të lidhura nga parimi i përjashtimit të Paulit, ka mjaft nivele energjie të pabanuara që ata të hidhen në mënyrë që parimi të mos pengojë ndjeshëm. lëvizjen e tyre. Dërgoni një foton, ose grimcë të lehtë, në një re gazi relativisht të ngrohtë dhe çdo atom në të cilin do të përplaset do të jetë në gjendje të ndërveprojë me të, duke thithur momentin e tij të hyrjes, duke u rikthyer në një nivel tjetër energjie dhe duke shpërndarë fotonin larg.

Por ftoh gazin dhe ke një histori tjetër. Tani atomet humbasin energjinë, duke mbushur të gjitha gjendjet më të ulëta të disponueshme dhe duke formuar një lloj lënde të quajtur deti Fermi. Grimcat tani janë rrethuar nga njëra-tjetra, të paaftë për të lëvizur deri në nivele më të larta të energjisë ose të zbresin në ato më të ulëta.

Në këtë pikë ata janë të grumbulluar në predha si pjesëmarrës të ulur koncerti në një arenë të shitur dhe nuk kanë ku të shkojnë nëse goditen, shpjeguan studiuesit. Ato janë aq të mbushura sa grimcat nuk janë më në gjendje të ndërveprojnë me dritën. Drita që dërgohet është e bllokuar nga Pauli dhe thjesht do të kalojë drejtpërdrejt.

“Një atom mund të shpërndajë një foton vetëm nëse mund të thithë forcën e goditjes së tij, duke lëvizur në një karrige tjetër,” tha Ketterle. “Nëse të gjitha karriget e tjera janë të zëna, ajo nuk ka më aftësinë të thithë goditjen dhe të shpërndajë fotonin. Pra, atomi bëhet transparent.”

Por arritja e një re atomike në këtë gjendje është shumë e vështirë. Ajo jo vetëm që ka nevojë për temperatura tepër të ulëta, por gjithashtu kërkon që atomet të shtrydhen për të regjistruar dendësi. Ishte një detyrë delikate, kështu që pasi kapën gazin e tyre brenda një kurthi atomik, studiuesit e shpërthyen atë me një lazer.

Në këtë rast, studiuesit akorduan fotonet në rrezen lazer në mënyrë që ato të përplaseshin vetëm me atomet që lëviznin në drejtim të kundërt me ta, duke i bërë atomet të ngadalësohen dhe, për rrjedhojë, të ftohen. Studiuesit ngrinë renë e tyre të litiumit në 20 mikrokelvin, që është pak mbi zero absolute. Më pas, ata përdorën një lazer të dytë, të fokusuar fort për të shtrydhur atomet në një densitet rekord prej afërsisht 1 kadrilion (1 i ndjekur nga 15 zero) atome për centimetër kub.

Më pas, për të parë se sa të mbuluara ishin bërë atomet e tyre të superftohura, fizikanët ndriçuan një rreze lazer të tretë dhe të fundit – të kalibruar me kujdes në mënyrë që të mos ndryshonte temperaturën ose densitetin e gazit – në atomet e tyre, duke përdorur një kamerë tepër të ndjeshme për të numëruar numrin e fotoneve të shpërndara. . Siç parashikonte teoria e tyre, atomet e tyre të ftohur dhe të shtrydhur shpërndanin 38% më pak dritë se ato në temperaturën e dhomës, duke i bërë ato dukshëm më të zbehta.

Dy skuadra të tjera të pavarura kanë ftohur gjithashtu dy gaze të tjera, përkatësisht kaliumin dhe stronciumin, për të treguar gjithashtu efektin. Në eksperimentin me stroncium, studiuesit Pauli bllokuan atomet e ngacmuar për t’i mbajtur ata në një gjendje të ngacmuar për më gjatë. Të tre punimet që demonstrojnë bllokimin e Paulit u botuan në 18 nëntor në revistën Science.

Tani që studiuesit më në fund kanë demonstruar efektin bllokues Pauli, ata përfundimisht mund ta përdorin atë për të zhvilluar materiale që shtypin dritën. Kjo do të ishte veçanërisht e dobishme për përmirësimin e efikasitetit të kompjuterëve kuantikë, të cilët aktualisht pengohen nga dekoherenca kuantike – humbja e informacionit kuantik (të bartur nga drita) në mjedisin e kompjuterit.

“Sa herë që ne kontrollojmë botën kuantike, si në kompjuterët kuantikë, shpërndarja e dritës është një problem dhe do të thotë që informacioni po rrjedh nga kompjuteri juaj kuantik,” tha Ketterle. “Kjo është një mënyrë për të shtypur shpërndarjen e dritës dhe ne po kontribuojmë në temën e përgjithshme të kontrollit të botës atomike.”