Чрез добавяне на малко магнитно влияние към екзотичен квантов експеримент, физици произвеждат ултрастабилен едномерен квантов газ с невиждано досега състояние, "квантов белег", характеристика, която един ден може да работи за защита на квантовата информация.
Според легендата гръцкият математик Архимед пътува до Египет и открива изобретение, което по-късно ще носи неговото име. Това е механизъм, състоящ се от винт, разположен в наклонена куха тръба, която улавя и изтегля вода нагоре чрез въртене.
Сега изследователи, водени от Бенджамин Лев (Benjamin Lev), физик от Станфордския университет, разработиха квантов винт на Архимед, който изтегля деликатни колекции от газови атоми към по-високи и по-високи енергийни състояния, без да колапсират.
"Очакванията ми за нашата система бяха, че стабилността на газа ще се промени много малко. Не очаквах, че ще видя пълна стабилизация на газа", обяснява Лев.
В изследване, публикувано на 14 януари в American Associate for the Advancement of Science, изследователите се фокусират върху връзката между дълготрайните възбудени състояния на квантовите системи, които поддържат връзки като същевременно избягват термизацията - състоянието на топлинното равновесие.
Учените създават нетермични (не в термично равновесие) състояния в едномерен квантов газ чрез стабилизиране на т.нар. супергаз на Тонкс-Жирардо. Такава система представлява силно възбуден едномерен квантов газ, атомите на който са ограничени до една линия на движение. Дори под въздействието на екстремни сили те теоретично не трябва да колапсират в сферична маса, както правят атомите на нормалните газове. На практика обаче те се разпадат.
Физиците от Станфорд предполагат, че газът Тонкс-Жирардо, съставен от атоми на силно магнитния елемент диспрозий, ще устои на колапса малко повече от немагнитните газове. Но резултатът надминава всички очаквания на учените.
"Магнитното взаимодействие, което успяхме да добавим, бе много слабо в сравнение с атракторните взаимодействия, присъстващи в газа. Така че очаквахме, че няма да се промени много, тъй като газът така или иначе ще бъде доведен до неизбежен колапс“, обяснява Лев. "Но се оказаа, че грешим".
Доказано е обаче, че първоначалната им хипотеза е погрешна. Въпреки че изследователите трансфоформират квантовата система от много тела към състояния с по-висока енергия, газът не се срутва.
Какво се случва?
Изследователите принуждават газа да достигне термично равновесие, използвайки отблъскващи диполни взаимодействия на далечни разстояния.
Това позволява на изследователите циклично да прилагат контактни взаимодействия от слаби и силни отблъсквания до силни и слаби привличания, използвайки енергийно пространствено топологична помпа (Архимедов винт).
По време на експериментите изследователите наблюдават развитието на "квантови белези" - нестабилни квантови състояния като елементи на квантовия хаос - в система с много взаимодействащи частици.
Знаем, че електроните, особено в квантовия хаос, са трудни за намиране. Всъщност всичко, което можем да направим, е да изчислим вероятността електроните да се появят на определени места в атома.
Състоянията на квантови белези са невероятно редки траектории на частици в квантовия хаос, при които частиците повтарят собствените си траектории, като хора, вървящи по една и съща пътека.
Тези състояния представляват особен интерес за изследователите, тъй като постигането на топлинно или термично равновесие в различни части на квантовите системи и противодействието на така наречената „термизация“ е ключът към създаването на стабилни квантови системи, които ще помогнат за внедряването на нови технологии като квантовите компютри.
В квантово тяло с много взаимодействащи частици съществуването на квантови белези е потвърдено едва наскоро. Изследването е първият пример, при който белег се открива в квантов газ.
За съжаление откритието няма реални приложения засега. Но несъмнено това е стъпка напред в изследването на квантовите състояния, казват учените.
Справка: "Topological pumping of a 1D dipolar gas into strongly correlated prethermal states" Science (2021). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.abb4928
Източник:
New state of matter in one-dimensional quantum gas, Stanford University
One-Dimensional Quantum Gas: The New State of Matter, Science Times
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари