Fyzici vytiskli zařízení pro vytváření ultra studených atomů: nyní budou kvantové experimenty dostupnější

Vývoj vědců otevírá přístup k rychlejšímu a pohodlnějšímu způsobu, jak vytvářet malé, více

stabilní, přizpůsobitelné instalace prokvantové experimenty.  Dnes fyzici používají laserové světlo a magnety k syntéze ultrachladných atomů. A vzniklé atomy slouží například k identifikaci i těch nejslabších magnetických polí nebo k vytváření hodin s přesností až kvadriliontiny sekundy.  Fyzici se tedy dlouho snažili používat zařízení s ultrachladným atomem v různých prostředích, od průzkumu vesmíru, kde mohou pomoci při navigaci, až po hydrologii, kde mohou určit polohu podzemní vody detekcí její gravitace. Ale proces dostatečného chlazení atomů k provedení některého z těchto úkolů je často složitý a obtížný.

Klíčem k chlazení a ovládání atomů jezasáhnout je přesně vyladěným laserovým světlem. Horké atomy se pohybují rychlostí stovek kilometrů za hodinu, zatímco extrémně studené atomy jsou téměř nehybné. Fyzici dbají na to, aby při každém zásahu laserového paprsku do teplého atomu na něj světlo dopadlo tak, že atom ztratí část energie, zpomalí se a ochladí. Obvykle vědci pracují na laboratorním stole o rozměrech 1,5 m na  2,5 m, na kterém je instalován „labyrint“ zrcadel a čoček - optické komponenty, které ovládají světlo. K ovládání toho, kde jsou všechny ultrachladné atomy v této komoře, používají fyzici magnety: jejich pole fungují jako „ploty“.

Ve srovnání s urychlovači částic o délceněkolik kilometrů nebo velké dalekohledy, tato experimentální zařízení jsou malá. Jsou však příliš velké a křehké na to, aby byly komerčně dostupné a aplikovatelné mimo akademické laboratoře. Fyzici často tráví měsíce zarovnáváním každého malého prvku ve svých optických labyrintech. I sebemenší otřesy zrcátek a čoček - k čemuž může dojít v terénu - budou mít za následek značné zpoždění. Vědci z Nottinghamu tedy přešli na 3D tisk.

Instalace fyziků zabírá méně než 0,15 objemumetr krychlový, což je o něco větší než stoh 10 velkých krabic od pizzy. "Tohle je velmi, velmi malé." Zmenšili jsme velikost asi o 70 % ve srovnání s konvenčním uspořádáním,“ říká Somaya Madkhali, doktorandka z Nottinghamu a první autorka studie. Aby jej postavili, sestavili se svými kolegy své nastavení z bloků, které si 3D vytiskli. Místo vytvoření vakuové komory ze silných, ale těžkých kovů ji tým vytiskl z lehčí hliníkové slitiny. A čočky a zrcátka vložili do držáku, který také vytiskli z polymeru.

Miniaturní nastavení bylo úspěšně přijatopracoval. Tým naložil 200 milionů atomů rubidia do své vakuové komory a vyslal laserové světlo přes všechny součásti optiky, což způsobilo kolizi světla s atomy. Atomy vytvořily vzorek s teplotami až - 267 ° C - stejně jako to vědci dělali s tradičnějšími nástroji za posledních 30 let.

Velká výhoda použití 3D tiskuje, že vědci budou schopni individuálně navrhnout každou součást. Nový výzkum je proto krokem vpřed v tom, aby byl tento základní nástroj výzkumu fyziky dostupnější a komerčně dostupnější. Fyzici spekulují, že takové nástroje budou použity mimo akademickou sféru, například společnostmi vyrábějícími kvantové senzory, které snímají magnetická nebo gravitační pole.

Číst Dále:

Objevil se nový kov, ve kterém se elektrony pohybují jako kapalina

Zvláštní váha pro klamání kupujících: v Izraeli byl objeven neobvyklý artefakt

Nový iOS 15: datum vydání, design a funkce iPhone. Říkáme všechno, co je známo