فیزیکدانان اشفته 15 تریلیون داغ اتم

فیزیکدانان یک رکورد جدید با لینک دادن با هم یک سوپ داغ از 15 تریلیون اتم در یک پدیده عجیب و غریب به نام درهمتنيدگی کوانتومی. این یافته می تواند دستیابی به موفقیت بزرگ برای ایجاد دقیق تر سنسور برای تشخیص امواج در فضا-زمان به نام امواج گرانشی و یا حتی گریزان ماده تاریک فکر pervade جهان است.

گرفتاری یک کوانتومی پدیده های آلبرت انیشتین معروف به عنوان “شبح وار عمل در یک فاصله” یک فرایند است که در آن دو یا بیشتر تبدیل به ذرات مرتبط است و هر گونه اقدام انجام شده در یکی بلافاصله تحت تاثیر دیگران بدون در نظر گرفتن چگونه دور از هم هستند. گرفتاری نهفته در قلب بسیاری از فن آوری های نوظهور مانند محاسبات کوانتومی و رمزنگاری.

گرفتار متحده بدنام بودن شکننده خود کوانتومی لینک به راحتی می تواند شکسته با کوچکترین داخلی لرزش و یا تداخل از جهان خارج است. به همین دلیل دانشمندان در تلاش برای رسیدن به سردترین دمای ممکن است در آزمایش های اشفته وحشت زده و عصبی اتم; پایین تر از متوسط کمتر احتمال دارد اتم به گزاف گویی به یکدیگر و شکستن انسجام خود را. برای مطالعه جدید محققان در موسسه علوم فوتونی (ICFO) در بارسلون اسپانیا صورت گرفت مخالف رویکرد گرمایش اتم به میلیون ها بار داغتر از نمونه کوانتومی آزمایش برای دیدن اگر گرفتاری می تواند باقی بماند در یک داغ و پر هرج و مرج محیط زیست است.

مرتبط: 18 بار کوانتومی ذرات منفجر ذهن ما

“گرفتاری یکی از قابل توجه ترین فن آوری های کوانتومی, اما از آن است که معروف شکننده” گفت: جیا کنگ یک دانشمند مدعو در ICFO و نویسنده سرب از مطالعه. “بسیاری از گرفتاری های مربوط به کوانتوم تکنولوژی به کار گرفته می شود در یک دمای پایین محیط زیست مانند یک سرماخوردگی سیستم اتمی. این محدودیت استفاده از گرفتاری متحده است. [یا نه] گرفتاری می توانید زنده ماندن در یک گرم و کثیف و محیط زیست یک سوال جالب است.”

همه چیز داغ و کثیف

محققان گرم یک لوله شیشه ای پر شده با بخار روبیدیوم و بی اثر نیتروژن گاز به 350 درجه فارنهایت (177 درجه سانتی گراد) اتفاقا درجه حرارت مناسب برای پخت کوکی ها. در این دما های ابری از اتم های روبیدیوم در حالت هرج و مرج با هزاران اتمی برخورد در حال وقوع در هر ثانیه. مانند توپ بیلیارد اتم گزاف گویی کردن هر یک از دیگر انتقال انرژی و چرخش. اما بر خلاف بیلیارد کلاسیک این چرخش را نمایندگی نمی کند, حرکت فیزیکی اتم.

در مکانیک کوانتومی اسپین اساسی اموال ذرات درست مثل توده یا الکتریکی است که به ذرات ذاتی تکانه زاویه ای. در بسیاری از راه های اسپین یک ذره است که شبیه به یک سیاره در حال چرخش با دو تکانه زاویه ای و ایجاد ضعیف میدان مغناطیسیبه نام یک گشتاور مغناطیسی. اما در جهان حواس پرت از مکانیک کوانتومی و کلاسیک شباهتها سقوط از هم جدا. مفهوم است که ذرات مانند پروتون یا الکترون های در حال چرخش اجسام جامد از اندازه و شکل مناسب نیست کوانتومی جهان بینی. و زمانی که دانشمندان سعی کنید به اندازه یک ذره چرخش آنها یکی از دو پاسخ: بالا یا پایین. وجود دارد هیچ در خوانده-های میان در مکانیک کوانتومی.

خوشبختانه کوچک میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط ذرات چرخش دانشمندان اجازه می دهد برای اندازه گیری چرخش در تعدادی از راه های منحصر به فرد. یکی از کسانی که شامل قطبی نور یا امواج الکترومغناطیسی که نوسان در یک جهت.

محققان به ضرب گلوله یک پرتو از نور پلاریزه در لوله از اتم های روبیدیوم. چون اتم ها’ چرخش عمل مانند کوچک آهن ربا قطبش نور می چرخد به عنوان آن می گذرد از طریق گاز و تعامل با میدان مغناطیسی است. این نور اتم تعامل ایجاد مقیاس بزرگ درهمتنيدگی بين اتم و گاز است. زمانی که محققان اندازه گیری چرخش امواج نور آمده است که از سمت دیگر لوله شیشه ای آنها می تواند تعیین تعداد چرخش گاز از اتم است که در نتیجه انتقال گرفتاری بر روی اتم ها و برگ های آنها را در یک گرفتار دولت است.

مرتبط با: 12 خیره کننده ترین و مهم کوانتومی آزمایش 2019

“این [سنجش] ما بر اساس نور-اتم تعامل” کنگ گفت. “با شرایط مناسب تعامل تولید خواهد شد ارتباط بین نور و اتم و پس از آن اگر ما درست تشخیص همبستگی منتقل خواهد شد به اتم بنابراین ایجاد درهمتنيدگی بين اتم. نکته تعجب آور این است که این تصادفی برخورد نمی کند از بین بردن گرفتاری.”

Artistic illustration of a cloud of atoms with pairs of particles entangled between each other, represented by the yellow-blue lines.

در این تصویر یک ابر از اتمهای نشان داده شده است با جفت ذرات گرفتار بین هر یک از دیگر نمایندگی های زرد-آبی خط. (اعتبار تصویر: ICFO)

در واقع “داغ و کثیف” محیط داخل لوله شیشه ای کلیدی بود برای آزمایش موفقیت. اتم ها در چه فیزیکدانان تماس ماکروسکوپی چرخش واحد دولت مجموعه ای از جفت گرفتار ذرات’ تعداد چرخش مبالغ به صفر است. در ابتدا گرفتار اتم عبور خود را از گرفتاری به یکدیگر از طریق برخورد در یک بازی کوانتومی برچسب تبادل خود می چرخد اما نگه داشتن در مجموع اسپین صفر و اجازه می دهد جمعی گرفتاری دولت باقی بماند برای حداقل یک میلی ثانیه. برای مثال یک ذره است آمیخته با ذرات B, اما زمانی که ذرات B بازدید ذرات C این لینک ها هم ذرات با ذرات C ،

این “بدان معنی است که 1 ، 000 بار در هر ثانیه یک دسته جدید از 15 تریلیون اتم است که گرفتار” کنگ در بیانیه ای گفت. یک میلی ثانیه “یک زمان بسیار طولانی برای اتم به اندازه کافی بلند برای حدود 50 تصادفی برخورد رخ می دهد. این به وضوح نشان می دهد که گرفتاری نیست و نابود شده با این رویدادهای تصادفی. این است که شاید تعجب آور ترین نتیجه کار.”

چرا که دانشمندان تنها قادر به درک جمعی دولت از گرفتار اتم استفاده از پژوهش خود را محدود به استفاده های خاص. فن آوری های مانند کامپیوترهای کوانتومی به احتمال زیاد از سوال از دولت به صورت جداگانه گرفتار ذرات باید شناخته شده برای ذخیره و ارسال اطلاعات.

اما نتایج خود را ممکن است کمک به توسعه فوق العاده حساس به میدان مغناطیسی آشکارسازهای قادر به اندازه گیری میدان مغناطیسی بیش از 10 میلیارد برابر ضعیف تر از میدان مغناطیسی زمین است. چنین قدرتمند magnetometers باید برنامه های کاربردی در زمینه های بسیاری از علم است. برای مثال در مطالعه علوم اعصاب magnetoencephalography استفاده می شود برای گرفتن تصاویر از مغز با تشخیص فوق العاده ضعیف مغناطیسی سیگنال های داده شده توسط فعالیت مغز.

“ما امیدواریم که که این نوع از لوله گرفتار دولت منجر به بهتر عملکرد سنسور در برنامه های کاربردی اعم از تصویربرداری از مغز به self-driving cars, برای جستجوی ماده تاریک” مورگان Mitchell, یک استاد فیزیک و آزمایشگاه گروه رهبر در بیانیه ای گفت:.

نتایج خود را منتشر شد آنلاین مارس 15 در مجله Nature Communications.

در اصل منتشر شده در Live علم.

tinyurlis.gdclck.ruulvis.netshrtco.de