Tudósok a kvantum határ alá hűtöttek egy tárgyat

A fizikusoknak, most először sikerült egy mechanikus tárgyat, a „kvantum határ” alá hűtenie, ezzel meghajlítva a mai fizika szabályait.

Egy új technika segítségével, a csapat lehűtött egy mikroszkopikusan kicsi dobot, a hallatlanul alacsony 360 mikro-kelvin hőmérsékletre, ami tízezerszer hidegebb az űrben lévő vákuumnál. Ezzel a tárgy új rekordot állított, mint a leghidegebb tárgy.

Sokkal hidegebb volt mint az Univerzumban természetesen előforduló hőmérséklet”, mondta John Teufel az Egyessült Államok Nemzeti Szabvány és Technológia Intézet munkatársa és a csapat vezetője a New Scientist magazinnak.

Az eredmények a terület szakértőit is meglepték”, tette hozzá José Aumentado, a csapat egy másik kutatója, az eredmények sajtótájékoztatóján.

Sikerült ezt a parányi dobot, amit egy rezgő alumínium membrán alkotott, a modern fizika jelenlegi állása szerinti lehetséges legalacsonyabb hőmérsékletnél egy ötöd ’kvantummal’ lejjebb hűteni. A kvantum, az egy fotonban lévő energiát jelenti.

Tulajdonképpen, a csapat úgy gondolja a technika elméletileg elég erős ahhoz, hogy a tárgyakat akár abszolút nulla fokig, azaz nulla kelvin-ig is le tudja hűteni. Ezen a hőmérsékleten az anyag már szinte minden energiától mentessé válik.

Általában a kutatók lézereket használnak, amikkel a tárgyban lévő atomokat tudják lassítani, ezzel csillapítva a termikus rezgést az anyagban.

Minél rendezettebb a lézer sugár annál jobban tud lehűteni egy adott felületet. De az új technika ezt még egy lépéssel előrébb viszi és ’préselt’ fényt használ, amivel az anyagot a korábban elképzeltnek hitt legalacsonyabb pontnál is lejjebb lehet hűteni.

A préselt fény, a fény egy olyan típusa amelyik sokkal inkább rendezettebb egy irányba. Ezzel a felesleges kvantum zajt, azaz fluktuációt, a kísérlet szempontjából jelentéktelen hatássá váltja át.

Ezt a ’préselt’ fényt általában a kvantum kriptográfiában és fényzavarásban használják. Ez volt az első eset, hogy a kutatók hűtésre használták.

Ez azért akkora teljesítmény, mert normális esetben a rendezett fényben lévő zaj fűti a tárgyakat amit a kutatók éppen lehűteni próbálnak, ezzel behatárolva, hogy mennyire lehet lehűteni a tárgyat – ezt a határt nevezik ’kvantum határnak’.

Úgy néz ki, hogy a fény összenyomásával át lehet lépni ezt a kvantum hűtési határt.

„A zaj képes véletlenszerű kiugrásokban megemelni a dolog hőmérsékletét, amit éppen lehűteni próbálunk”, mondta Teufel.„Összenyomjuk a fényt egy ’mágikus’ szintre, hogy – egy rendkívül irányított módon és mennyiségben- tökéletesen összhangban lévő fotonokat kapjunk lényegesen jobb intenzitással. Ezek a fotonok mind törékenyek mind pedig rendkívül nagy erejűek.

Miért is érdekes az, hogy mennyire tudunk egy anyagot lehűteni? Azért mert segíthet, hogy elkészítsük a jövő kor szupergyors számítógépét.

A dob, amit a csapat lehűtött, mindössze 20 mikrométer átmérőjű és 100 nanométer vastag volt, és egy szupravezető áramkörbe volt beágyazva.

Ezeket a dobokat kvantum számítógépeknél lehet majd használni, ahol minél hidegebbre lehet őket hűteni, annál pontosabb lesz maga a számítógép.

Minél jobban képesek vagyunk lehűteni a dobot, annál jobb lesz a felhasználhatósága. A szenzorok érzékenyebbek lehetnek. Több információt tudunk majd tárolni. A kvantumszámítógépek esetében pedig zavaró tényezők nélkül tudunk majd számítani, és valós értékeket kapunk a végén.

A szuper-hűtött dob segíthet, hogy jobban megértsük a kvantum világ természetét, lévén a kvantum-mechanika néhány furcsa viselkedése már általánosan használt anyagoknál is előjön, amikor elérik ezt a korábban fizikailag lehetetlennek vélt határt.

Úgy néz ki újra kell majd tanulnunk mi is lehetséges valójában a tudományban.

A kutatás a Nature tudományos folyóiratban jelent meg.

Forrás: www.sciencealert.com

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.