Kuantum fiziği tüm kuralları çiğniyor. Örneğin termodinamiğin klasik yasaları,
Bazı deneylerde bilim insanları şunu buldu:incelenen nesne çok daha sıcak bir şeyle soğuyor olabilir. Bilim insanları bunun sıcak bir tavayı fırından çıkarmaya benzediğini söylüyor ancak eliniz ısınmaz, aksine soğur.
Fizikçiler, kuantum kaosuna ne olduğunu ve termodinamik yasalarının dışında kalmayı nasıl başardığını bulmak için ultra soğuk lityum atomları ve bir lazerle bir deney yaptılar.
anormal kaos
Sıradan bir sarkaç alır ve onu itersekfarklı yönlerden zaman, o zaman darbe enerjisini emecek ve uzayda rastgele hareket ederek sallanacaktır. Hareketlerin görünüşte rastgele olmasına rağmen, sarkaçın çarpma sırasında aldığı darbeleri ve yönleri dikkate alan denklemlerin yardımıyla tanımlamak kolaydır.
Kuantum dünyasında her şey o kadar basit değil.Düzensizlik, hareket etmek yerine parçacıkların "durmasına" neden olabilir. Deneyin başlangıcında bir kuantum sarkaç enerjiyi mekanik sarkaçla aynı şekilde emebilirken, zamanla tekrarlanan darbelerle bir platoya ulaşacak ve momentum dağılımı dinamik olarak lokalize bir durumda donacaktır.
Birey için böyle bir anormalliği açıklamakParçacıklar için bilim adamları matematiği kullandılar. Kuantum mekaniksel olasılık dalgalarının, tepeler ve çukurlar buluşacak ve parçacığın enerjiyi absorbe etme olasılığını ortadan kaldıracak şekilde titreştiğine ve birbirleriyle çarpıştığına inanıyorlar.
Ama gerçek hayatta ne zamanÖrneğin, birçok çarpışan elektron içeren bir sistemde, birçok parçacık arasında meydana gelen etkileşim, onlarca yıl süren tartışmalardan sonra bir gizem olarak kaldı.
Çoklu yerelleştirme
Bilim adamları, ne olması gerektiğini anlamak içinSütlü kahvenin döküldüğü bir fincan hayal etmeyi teklif edin. Sıcak kahveye soğuk süt dökülürse, zamanla parçacıklar karıştırılır ve tüm içecek homojen bir duruma gelir. Böyle bir işleme termalizasyon denir ve daha önce herhangi bir sistemde gözlemlenmesi gerektiğine inanılıyordu.
Son birkaç on yılda, bilim adamlarıbunun her zaman böyle olmadığını anladı. Kuantum sistemindeki kaosun birçok cismin lokalizasyonuna yol açtığı ortaya çıktı. Bu, sistemin termal dengeye ulaşamayacağı ve yerel alanlardaki başlangıç durumunun hafızasını sonsuz bir süre boyunca koruyacağı anlamına gelir.
Bilim adamları ne yaptı?
Kompleksin nasıl olduğunu kontrol etmek içinbirçok parçacıktan oluşan bir sistem, bilim adamları lityum gazı kullandılar. Dikey bir ışık dalgasına yaklaşık 100.000 ultra soğuk atom yerleştirdiler. Bu tür atomların her biri, bir lazer darbesi kullanılarak fırlatılabilen bir kuantum rotoru (sarkaç) idi.
Bilim insanları atomları zorladıklarını açıklıyorçarpışır ve birbirinden ayrılır ya da onları bir arada tutmak için Feshbach rezonansını kullanır. Bu etki, iki yavaş, soğuk atom çarpıştığında, geçici olarak birbirine yapıştığında ve kısa ömürlü kararsız bir bileşik oluşturduğunda meydana gelir.
Parçacıklar etkileşime girmediğinde, araştırmacılarbeklenen sonucu gördü: parçacıklar sabit bir sıcaklığa ulaşmadan önce biraz ısındı. Araştırmacılar deneyi atomların biraz etkileşime girebilmesi için ayarladıklarında, önce aynı seviyede bir sıcaklık platosu gördüler. Ancak tek boyutlu teorinin aksine, atomlar, geleneksel termodinamiğin öngördüğü kadar hızlı olmasa da, sonunda yeniden ısınmaya başladı.
Deneysel kurulum. Fotoğraf: Tony Masters, UCSB
Yeni devletin olmadığı ortaya çıktıne klasik termodinamiğe ne de yerelleştirilmiş bir cisim kümesinin beklenen davranışına karşılık geliyordu. Bilim adamlarının üzerinde çalıştığı hipotez böyle bir sonucu varsaymıyordu ancak başka bir teori benzer davranışı açıklıyordu. Bose-Einstein yoğunlaşmasını oluşturan çok soğuk parçacık grupları için geçerlidir. Bu, tüm parçacıkların aynı kuantum durumuna sahip olduğu maddenin bir aşamasıdır.
Bose yoğunlaşmasını tanımlayan denklemler:Einstein, yavaş ısınma hızını tam olarak deneylerde olduğu gibi tahmin edin. Burada şaşırtıcı olan, bilim adamları tarafından incelenen atomların böyle bir kondensat olmamasıdır.
Bir anlamda, bu bir çifte bilmecedir. Bunun neden olduğunu gerçekten bilmiyoruz, ancak çalışmaması gereken bir teori var ama işe yarıyor gibi görünüyor.
Victor Galitsky, çalışmanın ortak yazarı
Bu neden önemlidir?
Gözlenen platolar, etkileşimlerinparçacıkları her zaman termodinamik yasalarına uymaya zorlamaz. Fizikçiler, yasaların mikro düzeyde nasıl değiştiğini araştırarak, maddenin davranışını hem mikro hem de makro ölçekte birbirine bağlayan yeni bir teori oluşturmayı umuyorlar.
Bu tür deneyler sadece yeni birkuantum fiziği değil, aynı zamanda yeni araştırma araçlarının geliştirilmesine de yol açar. Bilim adamları, bu deneylerin arkasındaki fizik çözülebilirse, belki bir gün sıcaklık platoları genişleyecek ve yeni ve daha iyi kuantum teknolojileri geliştirmek için kullanılacak.
Daha fazla oku:
Ormanda geçirilen bir saatin ardından insan beynine ne olduğu ortaya çıktı.
Hangi çayın beyindeki proteini yok ettiği ortaya çıktı
Okyanusun derinliklerindeki tuhaf deniz canlılarının insanlara benzediği ortaya çıktı