רק שבעה פוטונים יכולים לפעול כמו מיליארדים

Anonim

מערכת המורכבת מקומץ של חלקיקים פועלת בדיוק כמו מערכות גדולות יותר, ומאפשרת למדענים ללמוד התנהגות קוונטית בקלות רבה יותר.

רוב החומרים הפיסיקאים המרכיבים את המחקר מורכבים ממספר עצום של חלקיקים - גדולים כל כך עד שאין הבדל בין המאפיינים ההתנהגותיים של ירידה או שווה ערך של בריכת שחייה למים טהורים. אפילו טיפה אחת יכולה להכיל יותר מאשר חלקיקים quadrillion.

זה עושה את ההבנה שלהם התנהגות קולקטיבית יחסית קל. לדוגמה, גם המים בטיפה וגם בבריכה יקפאו ב -0 C וירתחו ב -100 C.

"מעברי פאזות" אלה (כלומר, ממצב נוזלי למוצק או מנוזל לגז) יכולים להופיע במערכות גדולות אלו, שכן כל חלקיקים רבים מעורבים בכך שכולם נראים פועלים בבת אחת. אבל מה לגבי מערכות קטנות בהרבה? כאשר יש רק קומץ של חלקיקים, לעשות את אותם הכללים של מעברי פאזה חלים?

כדי לענות על שאלות אלה, צוות של מדענים מאימפריאל קולג 'בלונדון, מאוניברסיטת אוקספורד ומקרלסרוה המכון הטכנולוגי בגרמניה, עשה מערכת של פחות מ 10 פוטונים, את החלקיקים הבסיסיים של האור. תוצאות הניסויים שלהם, שפורסמו היום בכתב העת Nature Physics, מראים כי מעברי פאזה עדיין מתרחשים במערכות המורכבות ממספר קטן של שבעה חלקיקים בממוצע.

לימוד התנהגות קוונטית של חלקיקים הוא הרבה יותר קל עם חלקיקים פחות, כך העובדה מעברים פאזה להתרחש במערכות אלה קטנים פירושו המדענים מסוגלים יותר ללמוד תכונות קוונטיות כגון קוהרנטיות.

המחבר הראשי, ד"ר רוברט ניימן, מהמחלקה לפיזיקה באימפריאל, אמר: "עכשיו, לאחר שאישר כי" מעבר פאזה "הוא עדיין מושג שימושי במערכות קטנות כאלה, אנו יכולים לחקור מאפיינים בדרכים שלא יהיו אפשריות. מערכות.

"בפרט, אנו יכולים ללמוד את המאפיינים הקוונטיים של החומר והאור - מה קורה בקנה מידה הקטן ביותר כאשר מעברים פאזה להתרחש."

המערכת שחקרה הצוות הייתה מעבדה של Bose-Einstein (BEC) של פוטונים. BECs טופס כאשר גז של חלקיקים קוונטיים הם כל כך קר או כל כך קרוב ביחד, כי הם כבר לא ניתן להבחין. BEC הוא מצב של חומר בעל מאפיינים שונים מאוד ממוצקים, נוזלים, גזים או פלזמות.

הצוות מצא כי על ידי הוספת פוטונים למערכת, המעבר לשלב BEC יתרחש לאחר שהמערכת הגיעה סביב שבעה פוטונים, פחות מאשר בכל BEC אחרים שנראו לפני. להיות קטן כל כך, המעבר היה פחות פתאומי מאשר במערכות גדולות יותר כמו בריכות של מים, אבל העובדה כי המעבר התרחש בנקודה צפויה מראש משקפת מערכות גדולות יותר.

המערכת נוצרה עם מכשיר פשוט - צבע פלואורסצנטי ומראות מעוקלות. משמעות הדבר היא כי כמו גם להיות שימושי במחקר של תכונות קוונטיות, המערכת יכולה לשמש כדי ליצור ולטפל במצבים מיוחדים של אור.

מחבר המחקר ד"ר פלוריאן מינטרט, מהמחלקה לפיזיקה באימפריאל, אמר: "עם שני העולמות הנפרדים - הפיזיקה של מעברי פאזה ונגישות של מערכות קטנות - מקור האור הבלתי רגיל הזה יש יישומים פוטנציאליים במדידה או בחישה.

menu
menu