Впервые физики обнаружили неуловимые "свободные" атомы, подтвердив столетнюю теорию квантовой механики

0 0

Физики впервые использовали новый метод для наблюдения за взаимодействием отдельных атомов в свободном пространстве. Новый метод подтверждает теорию квантовой механики, которой уже сто лет.

Впервые учёные наблюдали одиночные атомы, свободно парящие и взаимодействующие в космосе. Это открытие помогает подтвердить некоторые из основных принципов квантовой механики, которые были впервые предсказаны более века назад, но никогда не проверялись напрямую. Известно, что отдельные атомы трудно наблюдать из-за их квантовой природы. Исследователи, например, не могут одновременно знать положение и скорость атома из-за квантовых странностей. Но с помощью определённых лазерных технологий они получили изображения облаков атомов.

Это похоже на то, как если бы вы видели облако в небе, но не отдельные молекулы воды, из которых состоит облако.

Мартин Цвирляйн, физик из Массачусетского технологического института и соавтор нового исследования

Новый метод позволяет учёным делать ещё один шаг вперёд и получать изображения "свободно перемещающихся" атомов в свободном пространстве. Сначала Цвирляйн и его коллеги поместили облако атомов натрия в свободную ловушку при сверхнизких температурах. Затем они направили на облако решётку лазерного света, чтобы временно зафиксировать атомы на месте. Второй флуоресцентный лазер подсветил положение отдельных атомов.

Наблюдаемые атомы относятся к группе, называемой бозонами. Эти частицы находятся в одном и том же квантово-механическом состоянии и, как следствие, ведут себя как волна, собираясь вместе. Эта концепция была впервые предложена французским физиком Луи де Бройлем в 1924 году и впоследствии стала известна как "волна де Бройля". Разумеется, бозоны, которые наблюдали Цвирляйн и его команда, демонстрировали волновое поведение де Бройля. Исследователи также получили изображения фермионов лития — частиц, которые отталкиваются от подобных частиц, а не группируются вместе. Результаты были опубликованы 5 мая в журнале Physical Review Letters. Две другие группы сообщили об использовании аналогичной методики для наблюдения за парами бозонов и фермионов в том же выпуске журнала.

Мы можем видеть отдельные атомы в этих интересных облаках атомов и то, что они делают по отношению друг к другу, и это прекрасно.

Мартин Цвирляйн, физик из Массачусетского технологического института и соавтор нового исследования

В будущем команда планирует использовать новую технологию, называемую "микроскопией с разрешением по атомам", для изучения других квантово-механических явлений. Например, они могут использовать её для наблюдения "квантового эффекта Холла", при котором электроны синхронизируются под воздействием сильного магнитного поля.

На западе США очевидцы заметили зелёный огненный шар.