Ερευνητές επαλήθευσαν το κβαντικό φαινόμενο του Ζήνωνα της κβαντικής μηχανικής

UltraCold256_460-e1445571836179

Μία από τις πιο περίεργες προβλέψεις της κβαντικής θεωρίας, ότι το σύστημα δεν μπορεί να αλλάξει, ενώ το παρακολουθούμε, έχει επιβεβαιωθεί σε ένα πείραμα που διεξήχθη από φυσικούς του πανεπιστημίου Cornell. Η πειραματική αυτή επιβεβαίωση ανοίγει τη πόρτα σε μια ριζικά νέα μέθοδο για τον έλεγχο και το χειρισμό των κβαντικών καταστάσεων των ατόμων και θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέα είδη αισθητήρων. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων δημοσιεύθηκαν στην επιστημονική επιθεώρηση Physical Review Letters.

Οι ερευνητές δημιούργησαν και έψυξαν ένα αέριο ενός δισεκατομμυρίων ατόμων ρουβιδίου μέσα σε ένα θάλαμο κενού και κράτησαν τη μάζα σταθερή μεταξύ ακτίνων λέιζερ. Σε αυτή τη κατάσταση τα άτομα οργανώνονται σε ένα τακτικό πλέγμα όπως θα έκαναν σε ένα κρυσταλλικό στερεό. Αλλά σε τέτοιες χαμηλές θερμοκρασίες, τα άτομα μπορούν να περνάνε από τόπο σε τόπο στο πλέγμα, μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται κβαντική διάνοιξη σήραγγας. Σύμφωνα με την διαδικασία αυτή τα σωματίδια ή άτομα περνούν μέσα από ένα φράγμα (δυναμικού) που φαινομενικά δεν θα έπρεπε να είναι σε θέση να το κάνουν. Η περίφημη αρχή αβεβαιότητα του Heisenberg, λέει ότι η θέση και η ταχύτητα ενός σωματιδίου αλληλεπιδρούν. Η θερμοκρασία είναι ένα μέτρο της κίνησης ενός σωματιδίου. Υπό ακραίο κρύο η ταχύτητα είναι σχεδόν μηδενική, ώστε να υπάρχει μια μεγάλη ευελιξία στη θέση. Όταν παρακολουθούμε τα άτομα, είναι πιο πιθανό να είναι σε ένα μέρος στο πλέγμα από οποιοδήποτε άλλο μέρος.

Οι ερευνητές απέδειξαν ότι ήταν σε θέση να καταστείλουν το φαινόμενο της κβαντικής διάνοιξης σήραγγας, απλώς παρακολουθώντας τα άτομα. Αυτό το λεγόμενο «κβαντικό φαινόμενο του Ζήνωνα», προέρχεται από μια πρόταση του George Sudarshan θεωρητικού φυσικού του πανεπιστημίου του Τέξας, από το 1977, ότι η παράξενη φύση της κβαντικής επιτρέπει το «πάγωμα» ενός κβαντικού συστήματος έπειτα από επαναλαμβανόμενες μετρήσεις.

Οι ερευνητές παρατήρησαν τα άτομα κάτω από ένα μικροσκόπιο, φωτίζοντάς τα με ένα λέιζερ απεικόνισης. Ένα οπτικό  μικροσκόπιο δεν μπορεί να «δει» μεμονωμένα άτομα, αλλά το λέιζερ απεικόνισης τα αναγκάζει να φθορίζουν, και το οπτικό μικροσκόπιο καταγράφει τις εκλάμψεις φωτός. Όταν το λέιζερ απεικόνισης ήταν σβηστό ή πολύ αμυδρό, τα άτομα περνούσαν μέσα από τις σήραγγες ελεύθερα. Όταν όμως το λέιζερ απεικόνισης γινόταν πιο φωτεινό και οι μετρήσεις γίνοντας συχνότερες, η διάνοιξη σηράγγων μειώθηκαν δραματικά.

«Αυτό μας δίνει ένα πρωτοφανές εργαλείο για τον έλεγχο κβαντικών συστημάτων, ίσως ακόμα και άτομο προς άτομο», αναφέρει στη μελέτη ο Yogesh Patil επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας. «Τα άτομα σε αυτή τη κατάσταση είναι εξαιρετικά ευαίσθητα σε εξωτερικές δυνάμεις, και αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων ειδών αισθητήρων».

Παραπομπές

Η μελέτη – Measurement-Induced Localization of an Ultracold Lattice 

ΑΝΔΡΕΑΣ ΓΡΗΓΟΡΙΟΥ

Παιδί της επιστήμης και της τεχνολογίας, παρέα με ένα γάτο κοιτάζει το σύμπαν και θέτει ερωτήσεις

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *