Fizikai atspausdino ultra šaltų atomų kūrimo įrenginį: dabar kvantiniai eksperimentai taps labiau prieinami

Mokslininkų tobulėjimas atveria prieigą prie greitesnio ir patogesnio būdo kurti mažus, daugiau

stabilūs, pritaikomi įrenginiaikvantiniai eksperimentai.  Šiandien fizikai naudoja lazerio šviesą ir magnetus ultrašaltų atomų sintezei. O gauti atomai naudojami, pavyzdžiui, identifikuoti net silpniausius magnetinius laukus arba sukurti laikrodžius, kurių tikslumas siekia iki kvadrilijonosios sekundės dalies.  Taigi fizikai jau seniai siekia panaudoti itin šalto atomo prietaisus įvairiose aplinkose – nuo ​​kosmoso tyrinėjimų, kur jie gali padėti naviguoti, iki hidrologijos, kur jie gali tiksliai nustatyti požeminio vandens vietą aptikdami jo gravitacinę trauką. Tačiau pakankamai atomų aušinimo, kad būtų galima atlikti bet kurią iš šių užduočių, procesas dažnai yra sudėtingas ir sunkus.

Raktas į atomų aušinimą ir valdymą yrapataikyti į juos tiksliai sureguliuota lazerio šviesa. Karšti atomai juda šimtų kilometrų per valandą greičiu, o ypač šalti atomai beveik nejuda. Fizikai įsitikina, kad kiekvieną kartą, kai į šiltą atomą patenka lazerio spindulys, šviesa pataiko taip, kad atomas netenka dalies energijos, sulėtėja ir tampa vėsesnis. Paprastai mokslininkai dirba prie laboratorinio stalo, kurio matmenys yra 1,5 m vienam  2,5 m, ant kurio įrengtas veidrodžių ir lęšių „labirintas“ – šviesą valdantys optiniai komponentai. Norėdami kontroliuoti, kur šioje kameroje yra visi itin šalti atomai, fizikai naudoja magnetus: jų laukai veikia kaip „tvoros“.

Palyginti su dalelių greitintuvais, kurių ilgiskelių kilometrų ar didelių teleskopų, šie eksperimentiniai įrenginiai yra nedideli. Tačiau jie yra per dideli ir trapūs, kad juos būtų galima komercializuoti ir pritaikyti ne akademinėse laboratorijose. Fizikai dažnai praleidžia mėnesius, suderindami kiekvieną smulkmeną savo optiniuose labirintuose. Net menkiausias veidrodžių ir lęšių purtymas, kuris gali įvykti lauke, labai vėluos. Taigi Notingemo tyrinėtojai kreipėsi į 3D spausdinimą.

Fizikų instaliacija užima mažiau nei 0,15 tūriokubinio metro, kuris yra šiek tiek didesnis nei 10 didelių picos dėžių šūsnis. „Tai labai, labai maža. Mes sumažinome dydį maždaug 70%, palyginti su įprastine sąranka“, – sako Somaya Madkhali, Notingamo doktorantė ir pirmoji tyrimo autorė. Norėdami jį sukurti, ji ir jos kolegos surinko savo sąranką iš blokų, kuriuos atspausdino 3D. Užuot gaminusi vakuuminę kamerą iš stiprių, bet sunkiųjų metalų, komanda ją atspausdino iš lengvesnio aliuminio lydinio. Lęšius ir veidrodžius jie įkišo į laikiklį, kurį taip pat atspausdino iš polimero.

Sėkmingai gauta miniatiūrinė sąrankadirbo. Komanda įkėlė 200 milijonų rubidžio atomų į savo vakuuminę kamerą ir siuntė lazerio šviesą per visus optikos komponentus, todėl šviesa susidūrė su atomais. Atomai sudarė mėginį, kurio temperatūra buvo net – 267 °C – lygiai taip pat, kaip mokslininkai darė su tradiciniais instrumentais pastaruosius 30 metų.

Didelis 3D spausdinimo pranašumasyra tai, kad mokslininkai galės individualiai suprojektuoti kiekvieną komponentą. Todėl nauji tyrimai yra žingsnis į priekį, kad ši pagrindinė fizikos tyrimų priemonė būtų plačiau prieinama ir parduodama. Fizikai spėja, kad tokie instrumentai bus naudojami už akademinės bendruomenės ribų, pavyzdžiui, įmonėse, gaminančiose kvantinius jutiklius, kurie jaučia magnetinius ar gravitacinius laukus.

Skaityti Toliau:

Atsirado naujas metalas, kuriame elektronai juda kaip skystis

Ypatingas svoris pirkėjams apgauti: Izraelyje buvo atrastas neįprastas artefaktas

Nauja „iOS 15“: išleidimo data, „iPhone“ dizainas ir funkcijos. Mes pasakojame viską, kas žinoma