Samo sedem fotonov lahko deluje kot milijarde

Power of Silence - The Story of Braco. FULL documentary film. With subtitles available! (Julij 2019).

Anonim

Sistem, izdelan iz zgolj peščice delcev, deluje tako kot večji sistemi, kar omogoča znanstvenikom, da lažje preučujejo kvantno vedenje.

Večina snovi fizikov študije sestavljajo ogromno število delcev - tako velika, da v bistvu ni nobene razlike med vedenjskimi lastnostmi kapljic ali čistim vodnim bazenom. Tudi posamezna kapljica lahko vsebuje več kot kvadrillion delcev.

S tem je razumevanje njihovega kolektivnega vedenja relativno enostavno. Na primer, voda v kapljici in v bazenu se zamrzne pri 0 ° C in zavre pri 100 ° C.

Takšni "fazni prehodi" (tj. Od tekočih do trdnih ali od tekočih do plinastih) se lahko pojavijo v teh velikih sistemih, ker je vključenih toliko delcev, da se zdi, da delujejo hkrati. Toda kaj v daljših sistemih? Če obstaja le nekaj delcev, veljajo ista pravila faznih prehodov?

Za odgovor na ta vprašanja je skupina znanstvenikov iz Imperial College v Londonu, Univerze v Oxfordu in Tehnološkega inštituta Karlsruhe, Nemčija, naredila sistem manj kot 10 fotonov, ki so temeljni delci svetlobe. Rezultati njihovih poskusov, objavljeni danes v fiziki narave, kažejo, da se fazni prehodi še vedno pojavljajo v sistemih, ki so v povprečju sestavljeni iz sedmih delcev.

Preučevanje kvantnega obnašanja delcev je veliko lažje z manj delci, zato dejstvo, da se pojavijo fazni prehodi v teh majhnih sistemih, pomeni, da so znanstveniki bolje sposobni preučevati kvantne lastnosti, kot je koherentnost.

Glavni vodja dr. Robert Nyman iz oddelka za fiziko pri Imperialu je dejal: "Zdaj, ko je potrjeno, da je" fazni prehod "še vedno koristen koncept v takih majhnih sistemih, lahko lastnosti raziskujemo na način, ki v večjih sistemov.

"Zlasti lahko preučujemo kvantne lastnosti snovi in ​​svetlobe - kar se zgodi v najmanjši lestvici, ko pride do faznih prehodov."

Sistem, ki ga je preučevala skupina, je bil kondenzat Bose-Einstein (BEC) fotonov. BEC nastanejo, ko je plin kvantnih delcev tako hladen ali tako blizu, da jih ni več mogoče razlikovati. BEC je stanje snovi, ki ima zelo različne lastnosti iz trdnih snovi, tekočin, plinov ali plazme.

Ekipa je ugotovila, da bi s sistemom dodali fotone fazni prehod na BEC, ko bo sistem dosegel približno sedem fotonov, manj kot v katerem koli drugem BEC, ki je bil viden prej. Ker je bil tako majhen, je bil prehod manjši kot v večjih sistemih, kot so vodni bazeni, vendar dejstvo, da se je prehod zgodil v predvidljivi točki, dobro odraža večje sisteme.

Sistem je bil ustvarjen s preprosto aparaturo - nekaj fluorescenčnih barv in ukrivljenih ogledal. To pomeni, da bi bil sistem, pa tudi koristen pri proučevanju kvantnih lastnosti, sistem lahko uporabil za ustvarjanje in manipulacijo posebnih svetlobnih stanj.

Soavtor dr. Florian Mintert iz Oddelka za fiziko pri Imperialu je dejal: "Z najboljšim dvema različnima svetovima - fiziko faznih prehodov in dostopnostjo majhnih sistemov - ta nenavaden svetlobni vir ima potencialne aplikacije pri merjenju ali zaznavanju. "

menu
menu