Neįprasto eksperimento metu Fizikai priartino žmogaus dydžio objektą prie aklavietės ir pasiekia kvantinę būseną.

MIT mokslininkai 10 kg sveriantį daiktą atvėsino beveik vietoje. Naudojant tikslius 40 kg LIGO stiklo matavimus, paaiškėja, kad LIGO optikos technikas tiria vieną iš LIGO veidrodžių.Kreditas: Caltech / MIT / LIGO Lab.

Rezultatai atveria galimybes ištirti gravitacijos poveikį gana dideliems objektams kvantinėse būsenose.

žmogaus akyje Atrodo, kad dauguma stacionarių objektų yra nejudantys ir visiškai nejudantys. Bet jei pasiųsime kvantinį lęšį leidžiantis mums pamatyti objektus individualiame atominiame lygmenyje Kažkas panašaus į tuščią ant mūsų stalo sėdintį obuolį staiga pasirodo kaip labai vibruojančių dalelių sankaupos. kuris labai jaudina

per pastaruosius kelis dešimtmečius Fizikai rado būdą, kaip atvėsinti daiktus taip, kad jų atomai būtų arti stacionarūs arba viduje „Mobili antžeminė būsena“ iki šiol. Fizikai kovojo su mažais objektais, tokiais kaip milijonų atomų debesys ar nanogramų dydžio objektai. į tokią gryną kvantinę būseną.

Pirmą kartą MIT ir kitų šalių mokslininkai atvėsino didelį žmogaus dydžio objektą iki beveik judančios žemės būsenos. Objektas yra neapčiuopiamas, kalbant apie buvimą vienoje padėtyje. veikiau tai yra bendras keturių atskirų objektų judėjimas. Kiekvienas gabalas sveria apie 40 kilogramų. „Objekto“, kurį tyrėjai atvėsino, masė yra apie 10 kilogramų ir jį sudaro maždaug 1 × 10.26arba beveik 1 milijardas atomų

Mokslininkai panaudojo „Laser Interfrometer“ gravitacinių bangų observatorijos (LIGO) galimybes maksimaliai tiksliai išmatuoti masės judėjimą. o bendras masės judėjimas atvėso iki 77 nm, tik dalis numatomų objekto žemės sąlygų nuo 10 nm.

Tyrimo rezultatai buvo paskelbti 2021 m. Birželio 18 d. Žurnale mokslas, atstovaujantis didžiausią objektą, kuris atvės šalia judančios žemės būsenos. Mokslininkai sako, kad dabar jie turi galimybę stebėti gravitacijos poveikį dideliems kvantiniams objektams.

Projektui vadovavęs MIT mechanikos inžinerijos docentas Vivishekas Sudhiras sakė: „Niekas niekada nepastebėjo, kaip gravitacija veikia didelėje kvantinėje būsenoje. „Mes pademonstravome, kaip paruošti kilogramo dydžio objektą kvantinėje būsenoje. Tai galiausiai atvėrė duris eksperimentiniams tyrimams, kaip gravitacija gali paveikti didelius kvantinius objektus. apie tai svajojau anksčiau “.

Tyrimo autoriai yra LIGO laboratorijos nariai. Juos sudaro pagrindinis autorius Chrisas Whittle’as ir magistrantas, postdoc Evan Hall, mokslininkė Sheila Dwyer, Mokslo ir Curtis fakulteto dekanė, Kathleen marmuro astrofizikos profesorius Nergis Mavalvala ir docentas. Mechanikos inžinerija Vivishek Sudhir

tikslus atbulinės eigos

Visi objektai sudaro tam tikrą judėjimą dėl daugybės sąveikų, kurias atomai turi tarpusavyje, ir dėl išorinės įtakos. Visi šie atsitiktiniai judesiai atsispindi objekto temperatūroje. Kai daiktas atvės iki beveik nulio temperatūros Objektas išlaiko likutinį kvantinį judėjimą, žinomą kaip „pagrindinė būsena“.

sustabdyti daiktą jo kelyje Tam objektui galime pritaikyti lygias ir priešingas jėgas. (Pagalvokite, kaip sustabdyti beisbolą skrydžio metu su jėga, kurią jis dėvi.) Jei mokslininkai gali tiksliai išmatuoti atominio judėjimo dydį ir kryptį, Jie galėjo naudoti atsparumą, kad sumažintų jo temperatūrą. Tai yra technika, žinoma kaip atvirkštinis aušinimas.

Fizikai naudojo grįžtamąjį ryšį naudodami įvairius metodus. įskaitant lazerio šviesą paversti atskirus atomus ir ultralengvus kūnus į jų kvantinę pagrindinę būseną. ir ypač bandė atvėsinti didesnius daiktus. ištirti kvanto poveikį didesnėms ir primityvesnėms sistemoms

“Tai, kad kažkas turi temperatūrą, atspindi idėją, kad jis sąveikauja su aplinka, – sakė Sudhiras, – ir atskirti didelius daiktus nuo visko, kas vyksta aplink, yra sunkiau.”

Didelio objekto atomus atvėsinti iki beveik žemės būsenos. Pirmiausia turime maksimaliai tiksliai išmatuoti to objekto judėjimą. žinoti atstūmimo lygį, kurio reikia šiam judėjimui sustabdyti. Pasaulyje yra labai nedaug įrankių, galinčių pasiekti tokį tikslumą, kai kalbama apie jį.

Gravitacinių bangų observatorija susideda iš interferometrų poros, esančių atskirose JAV vietose. Kiekviename interferometre yra du tuneliai, sujungti L formos ir 4 kilometrų ilgio į abi puses. Abiejuose kiekvieno tunelio galuose yra 40 kilogramų sveriantys, plonais siūlais pakabinti veidrodžiai, kurie kaip švytuoklė siūbuoja kaip atsakas į bet kokius trikdžius, pavyzdžiui, įeinančią gravitacinę bangą. Tunelio sankryžoje esantis lazeris atskiria ir perduoda kiekvieną tunelį. tada atsispindi atgal į šaltinį. Atvirkštinio lazerio trukmė mokslininkams tiksliai nurodo, kiek pajudėjo kiekvienas veidrodis. iki 1/10 000 protono pločio tikslumo.

Sudhiras ir jo kolegos įtarė, kad jie gali panaudoti LIGO kinetinį tikslumą, kad pirmiausia matuotų didelių žmogaus dydžio objektų judėjimą. Tada pasipriešinimas taikomas priešingai nei buvo išmatuotas. kad objektas būtų pagrindinėje būsenoje.

veikti atgal

Daiktai, kuriuos jie ketino atvėsinti, nebuvo atskiri veidrodžiai. Tai yra bendras keturių LIGO veidrodžių judėjimas.

„LIGO buvo sukurtas norint išmatuoti bendrą keturių 40 kg svorio stiklo judėjimą, – paaiškina Sudhiras. – Pasirodo, matematiškai galite susieti šių masių jungtį. ir galvokite apie juos kaip apie vieno 10 kilogramų svorio daikto judėjimą “.

Matuodamas atominį judėjimą ir kitus kvantinius efektus, Sudhiras sakė, kad matavimai gali atsitiktinai paspausti stiklą ir priversti jį judėti. kuris yra kvantinis efektas, žinomas kaip Tai vadinama „atvirkštiniu matavimu“, kai lazerio fotonai atšoka nuo veidrodžio, kad surinktų informaciją apie savo judėjimą. Fotono impulsas nustumia veidrodį atgal. Sudhiras ir jo kolegos supranta, kad jei veidrodis bus nuolat matuojamas, Kaip ir LIGO, vėlesnių fotonų perduodamuose duomenyse galima pastebėti atsitiktinius praeities fotonų susitraukimus.

Tyrėjai elektromagnetams, pritvirtintiems prie kiekvieno veidrodžio galo, pritaikė vienodas ir priešingas jėgas. Su visais kvantinių ir klasikinių trukdžių kiekviename veidrodyje įrašais. Efektas pristabdo bendrą judesį, palikdamas veidrodžiui tiek mažai energijos, kad jis juda ne daugiau kaip 10.-20 metras yra mažesnis nei tūkstantoji protono dalis.

Tuomet komanda palygino likusią objekto energiją ar judesį su temperatūra. ir nustatė, kad objektas sėdi 77 nanokelvin, tai yra labai arti objekto stacionarios būsenos. kuriuos jie numatė 10 nanokelvinų.

„Tai galima palyginti su temperatūra, kurioje atominiai fizikai atvėsina savo atomus iki pagrindinės būsenos. Ir tai tarsi nedidelis debesis. tai gali būti milijonai atomų Pasverkite piktogramas, – sako Sudhiras, – todėl nuostabu, kaip galite atvėsinti ką nors sunkesnio toje pačioje temperatūroje.

“Kažko paruošimas pagrindinėje būsenoje dažnai yra pirmasis žingsnis derinant jaudinančias ar egzotiškas kvantines būsenas”, – sakė Whittle. „Šis darbas jaudina, nes gali leisti mums tyrinėti kitas valstybes. precedento neturintį lygį “.

Nuoroda: Chriso Whittle’o, Evano D. Hallo, Sheila Dwyerio, Nergio Mavalvalos, Vivisheko Sudhiro, R. Abbotto, A. Ananyevos, C. Austino, L. Barsotti, J. Betzwieserio „Artėjant 10 kg kūno judėjimo būklei“. , CD Blair, AF Brooks, DD Brown, A. Buikema, C. Cahillane, JC Driggers, A. Effler, A. Fernandez-Galiana, P. Fritschel, VV Frolov, T. Hardwick, M. Kasprzack, K. Kawabe, N. Kijbunchoo, J. S. Kisselis, GL Mansellas, F. Matichardas, L. McCulleris, T. McRae, A. Mullavey, A. Pele, RMS Schofieldas, D. Siggas, M. Tse, G. Vajente, DC Vander-Hyde, Hang Yu, Haocun Yu, C. Adams, RX Adhikari, S. Appert, K. Arai, JS Areeda, Y. Asali, SM Aston, AM Baer, ​​M. Ball, SW Ballmer, S. Banagiri, D.. Barker, J. Bartlett, BK Berger, D. Bhattacharjee, G. Billingsley, S. Biscans, RM Blair, N. Bode, P. Booker, R. Bork, A. Bramley, KC Cannon, X. Chen, AA Ciobanu. , F. Clara, CM Compton, SJ Cooper, KR Corley, ST Countryman, PB Covas, DC Coyne, LEH Datrier, D. Davis, C. Di Fronzo, KL Dooley, P. Dupej, T. Etzel, M. Evans, TM Eva ns, J. Feicht, P. Fulda, M. Fyffe, JA Giaime, KD Giardina, P. Godwin, E. Goetz, S. Gras, C. Gray, R. Gray, AC Green, EK Gustafson, R. Gustafson, J. Hanks, J. Hanson, RK Hasskew, MC Heintze, AF Helmling-Cornell, NA Holland, JD Jones, S. Kandhasamy, S. Karki, PJ King, Rahul Kumar, M. Landry, BB Lane, B. Lantz, M. Laxen, YK Lecoeuche, J. Leviton, J. Liu, M. Lormand, AP Lundgren, R. Macas, M. MacInnis, DM Macleod, S. Márka, Z. Márka, DV Martynov, K. Mason, TJ Massinger, R. McCarthy, DE McClelland, S. McCormick, J. McIver, G. Mendell, K. Merfeld, EL Merilh, F. Meylahn, T. Mistry, R. Mittleman, G. Moreno, CM Mow-Lowry, S. Mozzon, TJN Nelson, P. Nguyen, LK Nuttall, J. Oberling, Richard J. Oram, C. Osthelder, DJ Ottaway, H. Overmier, JR Palamos, W. Parker, E. Payne, R. Penhorwood, CJ Perezas, M. Pirello, H. Radkinsas, KE Ramirezas, JW Richardsonas, K. Rilesas, NA Robertsonas, JG Rollinsas, CL Romelis, JH Romie, parlamentaras Rossas, K. Ryanas, T. Sadecki, EJ Sanchezas, LE Sanchezas, TR. Saravananas, RL Savage’as, D. Schaetzas, R. Schna bel, E. Schwartz, D. Sellers, T. Shaffer, BJJ Slagmolen, JR Smith, S. Soni, B. Sorazu, AP Spencer, KA Strain, L. Sun, MJ Szczepanczyk, M. Thomas, P. Thomas, KA Thorne, K. Toland, CI Torrie, G. Traylor, AL Urban, G. Valdes, PJ Veitch, K. Venkateswara, G. Venugopalan, AD Viets, T. Vo, C. Vorvick, M. Wade, RL Ward, J Warner, B. Weaver, R. Weiss, B. Willke, CC Wipf, L. Xiao, H. Yamamoto, L. Zhang, ME Zucker ir J. Zweizig, 2021 m. Birželio 18 d., Galima rasti čia. mokslas.
doi: 10.1126 / mokslas.abh2634

Šį tyrimą iš dalies palaikė Nacionalinis mokslo fondas.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Didelė pažanga švarios energijos kuro elementų reakcijų srityje

Žinant geležies atomų tankį ir vietos dinamiką, pasiekiamas efektyvumo lygis kuro elementų oksidacijos reakcijoje, kuri niekada nebuvo realizuota. Kreditas: Teksaso universitetas Austine /...

Astronomai atranda mažytę uolėtą planetą – tik pusę Veneros masės

Šis grafinis simbolis rodo L 98-59b, vieną iš L 98-59 35 šviesmečių sistemos planetų. Sistemoje yra keturios patvirtintos uolienų planetos, kurios gali atsirasti...

Du antihipertenziniai vaistai apsaugo nuo tos pačios širdies ligos, bet skirtingo šalutinio poveikio

Analizuojant beveik 3 milijonus pacientų, vartojusių pirmuosius kraujospūdį mažinančius vaistus, angiotenzino receptorių blokatoriai (ARB) buvo tokie pat geri kaip ir angiotenziną konvertuojančių fermentų (AKF)...

Ličio jonų akumuliatorių „įkūrėjas“ padeda savo atradimu išspręsti 40 metų senumo problemą

Ličio jonų akumuliatorių su SNS neutronais įkūrėjas patvirtino, kad katodo medžiaga (mėlyna) be ličio niobio oksido (šviesiai žalia) žymiai sumažino pirmojo ciklo energijos nuostolius...

Dirbtinis skrandžio prototipas atskleidžia skysčių virškinimo dinamiką

Iliustracija, rodanti srauto lauką ir lašelių disociaciją aplink antralinę susitraukimo bangą. Kreditas: Damien Dufour. Lašelių plyšimas rodo, kaip apatinės pilvo susitraukimo...

Newsletter

Subscribe to stay updated.