Tik septyni fotonai gali veikti kaip milijardai

Anonim

Sistema, pagaminta iš tik dalelių sauja, veikia taip pat, kaip ir didesnės sistemos, todėl mokslininkams lengviau mokytis kvantinio elgesio.

Dauguma medžiagų fizikų tyrimo yra sudarytos iš daugybės dalelių, kurios yra tokios didelės, kad iš esmės nėra jokio skirtumo tarp lašų ar baseino vertingų gryno vandens. Net viename laše gali būti daugiau nei keturių dalelių.

Tai leidžia palyginti lengvai suprasti jų kolektyvinį elgesį. Pavyzdžiui, tiek lašas, tiek baseine vanduo bus užšaldomas 0 ° C temperatūroje ir virinamas 100 ° C temperatūroje.

Tokios "fazinės perėjos" (ty iš skystos į kietą arba iš skysto į dujas) gali pasirodyti staigios šiose didžiosiose sistemose, nes įtraukiamos tiek daug dalelių, kad jos, atrodo, veikia vienu metu. Bet kiek mažesnėse sistemose? Kai yra tik keletas dalelių, ar taikomos tos pačios fazių perėjimo taisyklės?

Norėdami atsakyti į šiuos klausimus, mokslininkų iš Londono Imperatorinio koledžo, Oksfordo universiteto ir Karlsruhe technologijos instituto (Vokietija) mokslininkų komanda sukūrė mažiau nei 10 fotonų sistemą - pagrindines šviesos daleles. Tyrimų rezultatai, paskelbti šiandien gamtos fizikoje, rodo, kad vis tiek pasitaiko fazių perėjimai sistemose, sudarytose iš vidutiniškai septynių dalelių.

Kvantinio dalelių elgesio tyrimas yra daug lengvesnis, nes dalelių yra mažesnis, taigi faktas, kad šiose mažose sistemose vyksta faziniai perėjimai, reiškia, kad mokslininkai geriau sugeba tyrinėti kvantines savybes, tokias kaip nuoseklumas.

Švino autorius dr. Robert Nyman iš Imperialo fizikos fakulteto sakė: "Dabar, kai patvirtinama, kad" fazinis perėjimas "vis dar yra naudinga sąvoka tokiose mažose sistemose, mes galime ištirti savybes tokiais būdais, kurie nebūtų įmanoma didesniame sistemos.

"Visų pirma, mes galime ištirti medžiagos ir šviesos kvantines savybes, kas atsitinka mažiausiu mastu, kai vyksta faziniai perėjimai".

Sistema, kurią studijavo, buvo fotonų Bose-Einšteino kondensatas (BEC). BEC formos, kai kvantinės dalelės dujos yra tokios šaltos arba arti viena kitos, kad jas daugiau nebebūtų galima atskirti. BEC yra medžiagų, turinčių labai skirtingų savybių, būdingų kietosioms medžiagoms, skysčiams, dujoms ar plazmoms, būklė.

Komanda nustatė, kad pridedant fotonus į sistemą, fazinis perėjimas prie BEC atsiras, kai sistema pasiekė apie septynis fotonus, mažiau nei bet kurioje kitoje BEC, kuri anksčiau buvo žiūrima. Būdamas toks mažas, perėjimas buvo ne taip staigus, kaip didesniose sistemose, pvz., Vandens baseinuose, tačiau tai, kad perėjimas įvyko nuspėjamu momentu, puikiai atspindi ir didesnes sistemas.

Sistema sukurta naudojant paprastą aparatūrą - kai kuriuos fluorescuojančius dažus ir išlenktus veidrodžius. Tai reiškia, kad taip pat yra naudinga studijant kvantines savybes, sistema gali būti naudojama kuriant ir valdant ypatingas šviesos būsenas.

Kartu su daktaru Florianu Mintertu iš Fizikos katedros "Imperial" sakė: "Su geriausiu iš dviejų skirtingų pasaulių - fazių perėjimų fizika ir mažų sistemų prieinamumas - šis neįprastas šviesos šaltinis turi potencialų panaudojimą matavimui ar jutikliavimui. "

menu
menu