Fizycy wydrukowali urządzenie do tworzenia ultrazimnych atomów: teraz eksperymenty kwantowe staną się bardziej dostępne

Rozwój naukowców otwiera dostęp do szybszego i wygodniejszego sposobu tworzenia małych, większych

stabilne, konfigurowalne instalacje dlaeksperymenty kwantowe.  Obecnie fizycy wykorzystują światło lasera i magnesy do syntezy ultrazimnych atomów. A powstałe atomy wykorzystuje się np. do identyfikacji nawet najsłabszych pól magnetycznych czy tworzenia zegarów z dokładnością do jednej biliardowej sekundy.  Dlatego fizycy od dawna poszukiwali zastosowania urządzeń wykorzystujących ultrazimne atomy w różnych zastosowaniach, od eksploracji kosmosu, gdzie mogą pomóc w nawigacji, po hydrologię, gdzie mogą określić lokalizację wód gruntowych poprzez wykrywanie ich przyciągania grawitacyjnego. Jednak proces chłodzenia atomów w stopniu wystarczającym do wykonania któregokolwiek z tych zadań jest często złożony i trudny.

Kluczem do chłodzenia i kontrolowania atomów jestuderzając w nie precyzyjnie dostrojonym światłem lasera. Gorące atomy poruszają się z prędkością setek kilometrów na godzinę, podczas gdy ekstremalnie zimne atomy są prawie nieruchome. Fizycy dbają o to, aby za każdym razem, gdy wiązka lasera uderza w ciepły atom, światło uderza w niego w taki sposób, że atom traci część energii, zwalnia i staje się chłodniejszy. Zazwyczaj naukowcy pracują na stole laboratoryjnym o wymiarach 1,5 m na  2,5 m, na którym zamontowany jest „labirynt” luster i soczewek – elementów optycznych kontrolujących światło. Aby kontrolować, gdzie w tej komorze znajdują się wszystkie ultrazimne atomy, fizycy używają magnesów: ich pola działają jak „ogrodzenia”.

W porównaniu do akceleratorów cząstek o długościkilka kilometrów lub duże teleskopy, te obiekty eksperymentalne są małe. Są jednak zbyt duże i delikatne, aby można je było komercjalizować i stosować poza laboratoriami akademickimi. Fizycy często spędzają miesiące na ustawianiu każdego najmniejszego elementu w swoich optycznych labiryntach. Nawet najmniejsze drżenie lusterek i soczewek – które może zdarzyć się w terenie – spowoduje znaczne opóźnienia. Dlatego naukowcy z Nottingham zwrócili się w stronę druku 3D.

Instalacja fizyków zajmuje niecałe 0,15 objętościmetr sześcienny, czyli nieco więcej niż stos 10 dużych pudełek po pizzy. „To jest bardzo, bardzo małe. Zmniejszyliśmy rozmiar o około 70% w porównaniu z konwencjonalną konfiguracją” – mówi Somaya Madkhali, doktorantka w Nottingham i pierwsza autorka badania. Aby go zbudować, ona i jej koledzy złożyli swój zestaw z bloków wydrukowanych w 3D. Zamiast wytwarzać komorę próżniową z mocnych, ale ciężkich metali, zespół wydrukował ją z lżejszego stopu aluminium. Włożyli soczewki i lustra do uchwytu, który również wydrukowali z polimeru.

Pomyślnie otrzymano miniaturową konfiguracjępracował. Zespół załadował do komory próżniowej 200 milionów atomów rubidu i przesłał światło laserowe przez wszystkie elementy optyki, powodując zderzenie światła z atomami. Atomy utworzyły próbkę o temperaturze tak niskiej jak - 267 ° C - dokładnie tak, jak robili to naukowcy z bardziej tradycyjnymi instrumentami przez ostatnie 30 lat.

Duża zaleta korzystania z druku 3Djest to, że naukowcy będą mogli indywidualnie zaprojektować każdy komponent. Dlatego nowe badania są krokiem naprzód w zwiększaniu dostępności i komercjalizacji tego podstawowego narzędzia badań fizyki. Fizycy spekulują, że takie instrumenty będą wykorzystywane poza środowiskiem akademickim, na przykład przez firmy produkujące czujniki kwantowe wykrywające pola magnetyczne lub grawitacyjne.

Czytać Dalej:

Pojawił się nowy metal, w którym elektrony poruszają się jak ciecz

Specjalna waga dla oszukania kupujących: w Izraelu odkryto niezwykły artefakt

Nowy iOS 15: data premiery, wygląd i funkcje iPhone'a. Mówimy wszystko, co wiadomo