Massachusetts Institute of Technologyn fyysikot ovat kehittäneet menetelmän kvanttien manipuloimiseksi
Nature Physics -lehdessä julkaistussa tutkimuksessaTutkijat tutkivat 400 ytterbiumin ultrakylmää atomia, joka on yksi kahdesta nykyaikaisissa atomikelloissa käytetyistä atomeista. Ne jäähdyttivät atomit juuri absoluuttisen nollan yläpuolelle. Tässä lämpötilassa useimmat klassiset efektit, kuten lämpö, katoavat, ja atomien käyttäytyminen määräytyy yksinomaan kvanttivaikutusten perusteella.
Asennuskammio ultrakylmillä ytterbiumatomeilla. Kuva: Simone Colombo, MIT
Tutkijat käyttivät sieppaamiseen laserjärjestelmääatomeja ja lähetti sitten "hämmentävää" valoa sinertävällä sävyllä, joka sai atomit värähtelemään korrelaatiotilassa. He antoivat kietoutuneiden atomien kehittyä eteenpäin ajassa ja sitten altistaneet ne pienelle magneettikentälle. Se aiheutti pienen kvanttimuutoksen, joka muutti hieman atomien kollektiivisia värähtelyjä.
Sellaista muutosta olisi mahdoton havaitakäyttämällä olemassa olevia mittaustyökaluja, tutkijat huomauttavat. Sen sijaan fyysikot käyttivät ajan kääntämistä vahvistaakseen tätä kvanttisignaalia. Tätä varten he lähettivät toisen lasersäteen punaisella sävyllä, joka stimuloi atomeja purkautumaan ikään kuin ne kehittyisivät ajassa taaksepäin.
Laserkone, jota käytetään atomien sotkemiseen ja erottamiseen. Kuva: Simone Colombo, MIT
Ryhmä suoritti tämän kokeen tuhansia kertoja50-400 atomin pilvet havaitsevat joka kerta kvanttisignaalin kasvun. Tiedemiehet ovat havainneet, että heidän kietoutuva järjestelmänsä on 15 kertaa herkempi kuin vastaavat sotkeutumattomat atomijärjestelmät.
Jokainen atomityyppi värähtelee vakiotaajuudella,joka oikein mitattuna voi toimia erittäin tarkana heilurina, kirjoittajat selittävät. Mutta yhden atomin mittakaavassa kvanttimekaniikan lait tulevat voimaan ja atomin värähtelyt muuttuvat. Vasta useiden atomin mittausten jälkeen tiedemiehet saavat arvion sen todellisista värähtelyistä.
Esimerkiksi fysiikan nykyaikaisissa atomikelloissamittaa toistuvasti tuhansien ultrakylmien atomien värähtelyä parantaaksesi niiden mahdollisuuksia saada tarkkoja tietoja. Kvanttikietoisen järjestelmän lisääntynyttä herkkyyttä käyttämällä on mahdollista vähentää mittausten määrää ja parantaa atomikellojen ja erilaisten atomivärähtelyyn perustuvien antureiden tarkkuutta.
Kansikuva: MIT
Lue lisää:
Vanhimmassa Voyager 1 -tehtävässä on outo vika, jota ei voida korjata
James Webb -teleskooppi otti ensimmäisen kuvan Jupiterista: se näyttää 9 liikkuvaa kohdetta kerralla
Tiedemiehet ovat löytäneet "Pandoran lippaan" Maan suolistosta: sieltä tuleva energia ruokkii elämää planeetalla