原子や素粒子のレベルで量子効果を明らかにすることは、困難で困難な作業です。何を正確に観察および測定できるかを理解することは常に良いことです。理想的には、量子効果をマクロレベルで、つまり古典物理学のレベルで発生させる必要があります。 ETHチューリッヒの研究者たちはこの問題に取り組み、成功しました。
最近、ジャーナルNatureに掲載された記事で、ETHチューリッヒフォトニクス教授のLukas Novotny（Lukas Novotny）が率いる著者のグループが、直径100nmのガラスナノスフェアを使った量子実験について報告しました。人間の髪の毛の何百倍も細いですが、それは私たちの本来の巨視的世界の対象です。同時に、ガラスの小さなボールには1,000万個の原子が含まれており、量子効果を発揮することはできません（また、そうすべきではありません）。しかし、科学者たちは、電子または単一の原子のように振る舞うことができるガラス球の条件を作成しました。特に、ボールは粒子のように振る舞うのではなく、波のように振る舞うことができ、この現象はほとんど自分の目で見ることができます。
研究者にとっての課題は、すべての原子の集まりとしてガラス球を最も低いエネルギーの量子状態まで遅くすることでした。この状態では、粒子は安定したままであり、波動特性の観察を可能にします。このために、ボールを真空チャンバーに入れ、ゼロ以下の269°Cの温度に冷却しました。球内の原子の熱運動は大幅に減少しましたが、ボールが量子効果を発揮するには、より強力な冷却が必要であり、研究者はまだ対処していません。
その間、科学者たちは電磁波を使ってナノスフェアの速度を落とす可能性をテストしました。真空中に浮遊状態で、ナノスフェアはレーザービームによって作成された光トラップに保持されます。別のビームを使用すると、ナノスフィアの振動を正確に測定できます。電極からのフィードバックにより、指定した時間に電磁場をオンにして、球の振動運動を減衰させることができます。通常の生活では、このようなものをスイングまたはスイングを遅くします-問題を解決するために必要な瞬間に加速またはブレーキのインパルスを作成します。
科学者がナノスフェアを最も低いエネルギーで量子状態に減速することができ、それがボールに量子力学的特性を与えることができれば、それは小さな問題になります。粒子の波動関数を示す、物理学でテストされた二重スリット実験があります。このような実験では、電子または原子は同時に2つの場所にあるように見え、波動特性を示します。実際、波のさまざまな部分が2つの間隔を空けたスロットを通過し、出口で特徴的な画像を作成するときの干渉の現象について話しています。科学者たちは、ガラスナノスフェアを使った実験で同様の画像が見られることを期待しています。これは、マクロレベルでの量子現象の証拠となるでしょう。
今日でも、最後まで完成していないこのような実験には、大きな可能性があることを付け加えておきましょう。このようなナノスフェアとほぼ量子現象に基づいて、すべてのGPSを組み合わせたものよりも正確に物体の動きを追跡する加速度センサーと変位センサーを作成することができます。軍隊は特にこれが好きですが、それは別の話です。
2021-07-17 13:50:49
著者: Vitalii Babkin