Kvantiškai susieti deimantai trina ribas tarp kvantų ir klasikinės fizikos (8)
Kvantų fizika yra mažulyčių objektų sritis, juk taip? Kuo toliau, tuo labiau tai darosi netikslus apibrėžimas. Dviems deimantams, tokio dydžio, kaip auskaro akutė, buvo suteikta vaiduokliškojo kvantinio susietumo būsena.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Susietumas sujungia dviejų ar daugiau dalelių likimus – netgi jeigu jos yra toli viena nuo kitos. Pavyzdžiui, elektronai buvo susieti taip, kad pakeitus vieno jų sukinį, tuojau pat pasikeisdavo susietųjų partnerių sukiniai.
Tuo tarpu makroskopiniai objektai turėtų rūpintis tik savo pačių reikalais – pavyzdžiui, vienos monetos metimas neturėtų priversti kitos monetos nukristi herbu į viršų. Bet kažkas panašaus nutiko su dvejais 3 milimetrų skersmens deimantais Oksfordo universiteto laboratorijoje. Ka Chung Lee ir Michael Sprague vadovaujami fizikai sugebėjo suteikti dviem deimantams bendrą vibracinę būseną kambario temperatūroje.
Tokia temperatūra yra įspūdinga, nes iki šiol buvo manoma, kad vienintelis būdas sulaikyti atomus nuo stumdymosi ir susietumo ryšių - koherentiškumo - nutraukimo yra objektų atšaldymas iki temperatūros, vos laipsnio dalimi aukštesnės už absoliutų nulį. „Mes nutarėme nesukti sau dėl to galvos“, - sako Ian Walmsley, laboratorijos, kur deimantai buvo susieti, vadovas. „Pasirodo, tereikia stebėti labai trumpą laiką, kol atomų judėjimas nesunaikina koherentiškumo.“
Komanda naudojo spindulio skeltuvus (beam-splitter), kurie leido apšviesti du deimantus 100 femtosekundžių (10−13 sek.) lazerio impulsais. Klasikinės fizikos atveju, vienas iš lazerio impulsų turėtų priversti vibruoti kažkurio deimanto atomus. Susidariusi vibracija sunaudoja šiek tiek energijos iš fotono, kuris vėliau patenka į detektorių. Kiekvienas iš deimantų apšvitinimo metu turėtų arba vibruoti, arba nevibruoti.
Bet jei deimantai elgtųsi, kaip kvantiniai objektai, jie atsidurtų superpozicijoje – abu arba vibruotų, arba nevibruotų tuo pačiu metu. Norėdami parodyti deimantų susietumą, tyrėjai greitai paleisdavo antrą lazerio impulsą. Jis perimdavo pirmojo impulso paliktą energiją ir detektorių pasiekdavo energingesnis fotonas.
Jei sistema būtų klasikinė, antrasis fotonas papildomą energiją turėtų pasiimti tik pusę laiko – tik tada, jei pataikytų į tą deimantą, kuriam prieš tai buvo suteikta energijos. Bet iš 200 trilijonų bandymų antrasis fotonas gaudavo papildomos energijos kiekvieną kartą. Tai reiškia, kad energija nebuvo viename ar kitame deimante – jų abiejų vibracijos sutapo (Science, DOI: 10.1126/science.1211914).
„Manome, tai pirmas kartas, kai kambario temperatūroje, kietos būsenos sistemai buvo suteiktas susietumas“, - sako Walmsley. „Tai skatina naujai mąstyti apie kvantų mechanikos pasireiškimus klasikiniame pasaulyje.“
Erika Andersson iš Heriot-Watt universiteto Edinburge, JK, pritaria: „norime išsiaiškinti, ar toli siekia kvantinė mechanika. Paskelbtas darbas yra didelis žingsnis bandant pasiekti kvantų mechanikos ribas, parodant, kad vis didesnių ir didesnių fizinių sistemų elgesys gali paklusti keistiems kvantų mechanikos dėsniams.“
Superdydžio kvantiniai efektai
Riba tarp kvantinio ir „klasikinio“ pasaulio kasmet vis silpnėja.
Šviesos fotonai elgiasi ne tik kaip dalelės, bet ir kaip bangos, todėl pasiunčiant per siaurus plyšelius susidaro interferencija. 1999 metais, Antonas Zeilingeris su kolegomis iš Vienos universiteto pademonstravo, kad bakminsterio fulerenai – molekulės, sudarytos iš 60 anglies atomų – perėję per siaurus plyšelius, elgiasi kaip bangos. 2003 metais ta pati komanda atliko panašų bandymą su tetrafenilporfirinu, didele molekule, gimininga chlorofilui, ir pasiekė sunkiausio objekto, demonstruojančio bangos-dalelės dualumą, rekordą.
Kvantiniai objektai įsiskverbė į plika akimi matomų objektų valdas. 2010‑aisiais, grupė, vadovaujama Andrew Clelando iš Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje, privertė 0,06 milimetrų ilgio atšaldyto metalo juostelę tuo pačiu metu vibruoti ir nevibruoti kvantinės superpozicijos būsenoje.
Fizikai taip pat pasiūlė būdų, kaip parodyti kvantų efektus su gyvomis būtybėmis, pradedant nuo superpozicijos suteikimo virusui. Prie to pačio galima paminėti ir tai, jog kai kurias gyvosios gamtos keistenybes galėtų paaiškintų nebent kvantinės mechanikos dėsniai.
Kokia objektų dydžio riba kvantinių efektų pasireiškimui? Kuo daugiau atomų objekte, tuo labiau tikėtina, kad jie sąveikaus tarpusavyje ir su aplinka, naikindami trapius kvantinius efektus. „Tai didelis iššūkis“, - sako Zeilingeris. „Bet kvantinėje mechanikoje nėra nieko, kas nubrėžtų tokią ribą.“
Lisa Grossman, New Scientist 2011 gruodžio 10 d. psl. 14