Révéler des effets quantiques au niveau des atomes et des particules élémentaires est une tâche difficile et difficile. Il est toujours préférable de comprendre ce qui peut être observé et mesuré avec précision. Idéalement, il est nécessaire de faire en sorte que les effets quantiques se produisent au niveau macro - au niveau de la physique classique. Les chercheurs de l'ETH Zurich se sont attaqués à ce problème et y sont parvenus.
Récemment, dans un article publié dans la revue Nature, un groupe d'auteurs dirigé par le professeur de photonique de l'ETH Zurich Lukas Novotny (Lukas Novotny) a rendu compte d'une expérience quantique avec une nanosphère de verre d'un diamètre de 100 nm. C'est un objet de notre monde macroscopique natal, bien qu'il soit des centaines de fois plus fin qu'un cheveu humain. Dans le même temps, une minuscule boule de verre contient dix millions d'atomes et ne peut pas (et ne doit pas) présenter d'effets quantiques. Mais les scientifiques ont créé une boule de verre dans des conditions dans lesquelles elle peut se comporter comme un électron ou un seul atome. En particulier, une balle peut se comporter comme une onde, et pas seulement comme une particule, et ce phénomène peut être observé presque de ses propres yeux.
Le défi pour les chercheurs était de ralentir la boule de verre en tant qu'ensemble de tous les atomes jusqu'à l'état quantique avec la plus faible énergie. Dans cet état, les particules restent stables et permettent l'observation des propriétés des ondes. Pour cela, la bille a été placée dans une enceinte à vide et refroidie à une température de 269°C inférieure à zéro. Le mouvement thermique des atomes dans la sphère a considérablement diminué, mais pour que la balle manifeste des effets quantiques, un refroidissement plus fort est nécessaire, ce que les chercheurs n'ont pas encore fait face.
En attendant, les scientifiques ont testé la possibilité de ralentir sur la nanosphère à l'aide d'ondes électromagnétiques. En suspension dans le vide, la nanosphère est maintenue dans un piège optique créé par un faisceau laser. Un autre faisceau vous permet de mesurer avec précision les oscillations de la nanosphère, et le retour des électrodes vous permet d'activer les champs électromagnétiques à des moments précis pour amortir les mouvements oscillatoires de la sphère. Quelque chose comme ça dans la vie ordinaire, nous balançons ou ralentissons une balançoire - nous créons une impulsion d'accélération ou de freinage aux moments nécessaires pour résoudre le problème.
Si les scientifiques peuvent ralentir la nanosphère jusqu'à l'état quantique avec la plus faible énergie, ce qui donnera à la balle des propriétés de mécanique quantique, alors ce sera une petite affaire. Il existe des expériences à double fente testées en physique qui présentent des fonctions d'onde de particules. Dans de telles expériences, les électrons ou les atomes semblent être à deux endroits en même temps, présentant des propriétés ondulatoires. En fait, nous parlons du phénomène d'interférence, lorsque différentes parties de l'onde traversent deux fentes espacées et créent une image caractéristique à la sortie. Les scientifiques s'attendent à voir une image similaire dans une expérience avec une nanosphère de verre, qui sera la preuve d'un phénomène quantique au niveau macro.
Ajoutons qu'aujourd'hui encore de telles expériences, qui ne sont pas terminées, ont un potentiel énorme. Sur la base de telles nanosphères et de phénomènes quasi-quantiques, il est possible de créer des capteurs d'accélération et de déplacement qui suivront plus précisément le mouvement des objets que tous les GPS combinés. Les militaires en sont particulièrement friands, mais c'est une autre histoire.
2021-07-17 13:50:49
Auteur: Vitalii Babkin