Размышления абсолютного нуля

Если Вы хотите действительно видеть квантовую механику в действии, Вы должны выключить температуру настолько низко, что даже атомы прекращают перемещаться. Физики близко подошли к достижению этого государства «абсолютного нуля» при помощи настроенных на точность лазеров, но метод только позволил исследователям замораживать небольшие группы атомов за один раз. Теперь члены международной бригады говорят, что им удалось охладить зеркало размера десяти центов к в одном градусе абсолютного нуля, самое низкое вызванное лазером замораживание, все же достигнутое с видимым объектом.

Одна из самых больших загадок в физике — то, как вопросом могут управлять четыре основных силы природы — электромагнетизм, управляющий светом, теплом и электричеством; сильные и слабые ядерные силы, связывающие атомы; и сила тяжести — и все еще следует правилам квантовой механики, работающим только на субатомном уровне. Другими словами, ученые хотят знать, как твердые объекты удерживаются от разбивания, когда их атомы также под влиянием хаотической природы квантовой физики.

Главное препятствие исследования состояло в том, что естественные силы сокрушают квантовые результаты. Единственный способ отменить те силы полностью состоит в том, чтобы охладить атом к абсолютному нулю (-273 градуса Цельсия), где квантовые силы обращаются исключительно.

Ученые были в состоянии добраться в одной миллиардной приблизительно из одного градуса этого государства в уровне атомов с помощью нескольких методов, включая лазерное охлаждение. Уподобленный управлению шаром для боулинга путем удара его шарами пинг-понга, лазерное охлаждение включает пульс увольнения света в определенной частоте, точно соответствующей движениям атома.

Настроенный пульс расхолаживает те движения, и в конечном счете атом теряет всю свою энергию, не сгенерированную квантовыми результатами. Проблема состояла в том, что ученые не были в состоянии использовать лазеры для переохлаждения чего-либо большего, чем несколько атомов.В предстоящем выпуске Physical Review Letters бригада физиков, привлеченных в Лазерную Обсерваторию Гравитационной волны Интерферометра (LIGO) — который расположен в сооружениях в штате Вашингтон и Луизиане — сообщает, что они охладили 1-граммовое зеркало приблизительно к 0,8 градусам выше абсолютного нуля путем объединения двух охлаждающих лазер методов.

Первое, названное оптическое заманивание в ловушку, поддерживает зеркало в точном положении, в то время как второе, названное оптическое демпфирование, охлаждает его. Существует все еще длинный путь для движения, прежде чем квантовые результаты смогут наблюдаться, ведущий исследователь предостережений Нерджис Мэвэльвэла из Массачусетского технологического института в Кембридже, но «самая важная вещь — то, что мы нашли метод, который мог позволить нам получать большие объекты в конечном счете показать их квантовое поведение впервые».

Другие ученые достигли температур намного ближе к абсолютному нулю охлаждающими лазер атомами и стали ближе к той цели с твердыми объектами с помощью других методов, говорит физик Кристофер Монро из Мичиганского университета в Анн-Арборе. Различие здесь, он говорит, то, что охлаждение лазера, используемое бригадой LIGO, имеет потенциал удара «очень нижние пределы», чем что-либо еще до сих пор. Он отмечает, однако, что специализированное зеркало бригады напоминает атом больше, чем твердый объект в некотором отношении из-за его точного взаимодействия со светом.Если усилие успешно, Мэвэльвэла говорит, оно также приведет к намного более чувствительным инструментам для LIGO, пытающегося обнаружить неуловимые явления, названные гравитационными волнами.

Предсказанный Эйнштейном, но еще не наблюдаемый, волны, как думают, испускаются самыми сильными событиями во вселенной, такими как столкновения черной дыры.


Добавить комментарий