Ustvarjen ultra hladen atom oblikovalca

Sintetični kvantni sistem pomaga bolje razumeti temeljne sisteme z majhnimi delci

Oblikovni atom - nastavljiv sistem z nekaj delci - je pripravljen iz ultra hladnih litijevih atomov (rdeča in modra krogla). Ti ustrezajo elektronom, pasti v jedru resničnega atoma (črna črta). Nadzorovano nagibanje pasti določa število atomov. © Univerza v Heidelbergu
prebral

V poskusih z ultrahladnimi atomi litija so heidelberški fiziki uspeli obnovljivo pripraviti prilagodljiv sistem z nekaj delci, "umetni atom". Visoka stopnja prilagodljivosti tega sistema, ki vključuje ne le število sestavnih delov, temveč tudi njihovo medsebojno interakcijo, lahko takemu "oblikovalskemu atomu" omogoči boljše razumevanje temeljnih sistemov z majhnimi delci v naravi, poroča znanstvena revija. Science ".

{1r}

Sistemi, ki jih sestavlja majhno, natančno določeno število delcev, so gradniki materije. Primeri so atomska jedra, ki so sestavljena iz protonov in nevtronov, ali atomi, ki so sestavljeni iz jedra in določenega števila elektronov. Lastnosti atomov in jeder so po naravi jasno opredeljene. Zato so meritve na takšnih sistemih načeloma popolnoma ponovljive. Atomske ure na primer to obnovljivost uporabljajo za merjenje časa z izjemno natančnostjo.

Kvantne pike in atomske kopice

"Cena za to visoko obnovljivost pa je, da se lahko lastnosti teh sistemov spremenijo le v zelo omejenem obsegu. Zato se za izdelavo sintetičnih sistemov z majhnimi delci z nastavljivimi lastnostmi uporabljajo različni pristopi. Primeri takšnih umetnih atomov so kvantne pike in atomski grozdi, "razlaga profesor Selim Jochim z univerze v Heidelbergu.

Medtem ko je s takšnimi sistemi veliko lažje upravljati kot s pravimi atomi ali jedri, je pridobivanje nadzora nad vsemi kvantno-mehanskimi stopnjami svobode sistema poseben izziv, saj so ti sistemi zelo povezani z njihovim okoljem. zaslon

Atomi v pasti

Raziskovalci z univerze v Heidelbergu in Inštituta Maxa Plancka za jedrsko fiziko so zdaj obvladali ta izziv in takšno umetno razmnožljivo pripravili v dobro opredeljenem kvantnem stanju. Vlogo elektronov atoma prevzamejo ultra hladni fermionski litijevi atomi, ujeti v nekaj mikronskih past.

"Za ustvarjanje te pasti smo uporabili visoko fokusiran laserski žarek, da smo atome potegnili do njihove največje intenzivnosti. Pasti se napolni iz rezervoarja litijevih atomov pri temperaturi, manjši od ene milijone stopinj nad absolutno ničlo. Zaradi načela izključitve Paulija vsako kvantno stanje v majhnem potencialu zaseda točno en atom, kar je povsem analogno elektronom v atomu, "pravi Friedhelm Serwane, prvi avtor študije" Science ".

Lovilnik z nalepljenim magnetnim poljem

Po mnenju znanstvenikov se število delcev pripravi z nadomeščanjem pasti, ki jo tvori laserski žarek s prostorsko spremenljivim magnetnim poljem. Atomi litija imajo magnetni trenutek in zato doživljajo silo, s katero se ta pas nagiba.

Moč nagiba vpliva na število preostalih atomov. Prilagodljivost pripravljenega sistema sega tako daleč, da se lahko medsebojno delovanje med delci spreminja po volji, so povedali raziskovalci. Tako lahko pri umetnem atomu dosežemo učinek, ki je primerljiv s postopkom spreminjanja naboja elektronov v resničnem atomu.

Na poti do univerzalnega kvantnega simulatorja?

Heidelberški poskusi z visoko stopnjo obnovljivosti in prilagodljivosti odpirajo vrata simulaciji množice kvantnih sistemov. To fizike približa ideji o Nobelovem nagrajenem fiziku Richardu Feynmanu, ki je leta 1982 sanjal o univerzalnem kvantnem simulatorju, ki bi lahko simuliral kateri koli kvantni sistem v laboratoriju.

Poskusi Jochimove ekipe so že pred meseci prinesli pomembne rezultate. Znanstveniki so prvič lahko neposredno dokazali tako imenovane Efimove trimere, ki so jih iskali desetletja. (Znanost, 2011; doi: 10.1126 / znanost.1201351)

(Univerza v Heidelbergu, 18.04.2011 - DLO)