Фізики з Японії здійснили незвичайний експеримент: їм вперше вдалося змусити об’єкт сантиметрового масштабу рухатися під дією сили, яка виникає завдяки квантовим властивостям електронів. Для цього науковці використали алмаз, магнітне поле та лазер
Фото: chatgpt.com
Про відкриття 8 жовтня повідомив Окінавський інститут науки і технологій (OIST). Результати дослідження опубліковані в науковому журналі Science Advances.
Як ученим вдалося зрушити алмаз
Квантова механіка описує поведінку надзвичайно малих частинок, зокрема електронів та атомів. Однак спостерігати її ефекти в об’єктах, які мають відчутні розміри та масу, значно складніше.
Дослідники OIST вирішили перевірити, чи можна використати квантові властивості електронів для створення механічної сили, здатної переміщувати відносно великий об’єкт.
Для експерименту вони використали алмаз зі спеціальними дефектами кристалічної структури — азотно-вакансійними центрами.
Такі дефекти містять електрони, які завдяки властивості під назвою «спін» поводяться подібно до крихітних магнітів.
Учені розмістили алмаз у спеціальній підвішеній системі над магнітом. Потім почали освітлювати його імпульсами зеленого лазера потужністю 50 мВт.
Лазер змінював спінові стани електронів, унаслідок чого виникала невелика магнітна сила. Саме вона змушувала алмаз зміщуватися.
Читайте також: Вчені вперше побачили квантовий стрибок звуку в реальному часі
Чому цей експеримент особливий
Для вимірювання руху дослідники застосували інтерферометр — високоточний прилад, який використовує лазерне світло для фіксації надзвичайно малих переміщень.
Система дозволяла вимірювати зміни положення з точністю до пікометрів, тобто трильйонних часток метра.
Науковці зафіксували, що під час роботи лазера рух системи помітно відрізнявся від коливань, які спостерігалися без освітлення.
За словами професора Джейсона Твемлі, дослідникам вдалося зареєструвати механічну реакцію об’єкта, маса якого на вісім-дев’ять порядків перевищує масу систем у провідних попередніх експериментах зі спіновою механікою.
Це важливе досягнення, оскільки раніше подібні квантові ефекти досліджували переважно на набагато менших об’єктах.
Що це означає для майбутнього науки
Одним із головних завдань сучасної фізики залишається пошук зв’язку між квантовою механікою та гравітацією.
Науковці прагнуть з’ясувати, чи можуть відносно великі об’єкти перебувати у квантовій суперпозиції — стані, за якого система до вимірювання може описуватися як така, що перебуває в кількох можливих положеннях одночасно.
Новий експеримент ще не продемонстрував такої суперпозиції та не довів квантову природу гравітації. Проте він показав, що квантову силу можна використати для керування механічним рухом макроскопічної системи.
У перспективі технологія може допомогти створювати надчутливі датчики для дослідження гравітаційних хвиль, темної матерії та інших маловивчених фізичних явищ.
Отже, вчені зробили важливий крок до дослідження квантових ефектів у світі великих об’єктів. Хоча до повноцінних експериментів із макроскопічною квантовою суперпозицією ще далеко, нова технологія відкриває можливості для перевірки фундаментальних фізичних теорій.
Ознайомтеся з іншими популярними матеріалами:
Учені змусили «порожнечу» посилити надпровідність
Вчені з’ясували, чому перспективні батареї втрачають ресурс
«Спокійне» Сонце виявилося значно складнішим, ніж вважали вчені
Джерело: OIST.
Telegram 
Viber 
