Квантовые состояния
в макромире.
С тех пор как научный мир признал невероятные особенности поведения материи в квантовых масштабах, вопрос о том, где проходит граница между «мирами», так и не получил ответа. Известно, что квантовые особенности взаимодействия объектов теряются по мере увеличения масс и размеров этих объектов, просто растворяясь в окружающей среде. Это и приводит к тому, что классическому миру, к которому мы привыкли, они не свойственны, что и вызвало первоначально неприятие квантовой теории.
Но за последнее столетие физики фиксировали квантовые явления во всё более крупных объектах, начиная от субатомных частиц вроде электронов, заканчивая молекулами, включающими уже тысячи атомов. И теперь, похоже, новое исследование обнаружило способ продвинуться в решении этой загадки ещё дальше. Точнее, исследователи нашли возможность поймать эти особые состояния «в нашем мире», вызвав их из квантового, как шаман ‒ духов.
За дело взялись исследователи левитационной оптомеханики ‒ области, которая занимается управлением объектами микронного масштаба большой массы в вакууме. Проверяя наличие и достоверность квантовых явлений для объектов на несколько порядков тяжелее атомов и молекул, они стремятся расширить границы возможного.
Команда, возглавляемая доктором Джаядевом Виджаяном, главой Лаборатории квантовой инженерии Манчестерского университета, разработала новый подход к преодолению этой проблемы. Результаты опубликованы в журнале Nature Physics.
«Чтобы наблюдать квантовые явления в больших масштабах и пролить свет на переход от классического к квантовому, необходимо сохранять квантовые характеристики в присутствии шума из окружающей среды. Есть два способа сделать это: первый - подавить шум, а второй - усилить квантовые характеристики, ‒ говорит доктор Виджаян. ‒ Наше исследование демонстрирует способ решения проблемы, используя второй подход».
Учёные поместили стеклянные частицы величиной 0,1 мкм в так называемый оптический резонатор ‒ то есть между двумя зеркалами с высокой отражающей способностью, обращёнными друг ко другу ‒ и облучили их лазером. Вследствие этого, фотоны, рассеянные каждой частицей, прежде чем покинуть резонатор мечутся между зеркалами, отскакивая туда-сюда, тысячи раз. По задумке, получившееся значительное повышение вероятности взаимодействия между частицами должно усилить их квантовое поведение.
Сюрприз преподнесли попытки масштабирования силы взаимодействия с помощью перенастройки резонатора и разделения между частицами. Оказалось, что таким образом открывается возможность настройки взаимодействий. То есть различные механические режимы позволяют исследователям точно регулировать силу взаимодействия.
Полученные результаты представляют собой значительный шаг к пониманию той самой фундаментальной физики. Но авторы также предвкушают и практическое применение открытых ими возможностей. Эта работа позволяет вести исследования многочастичных эффектов в массивах наночастиц с программируемыми с помощью резонаторов взаимодействиями и использовать массивы взаимодействующих частиц для оптомеханического зондирования. Особенно это касается сенсорных технологий, которые могут быть использованы для мониторинга окружающей среды и автономной навигации.
Теперь команда решила заняться объединением новых возможностей с хорошо зарекомендовавшими себя методами квантового охлаждения, дабы добиться более основательного утверждения квантовой запутанности. В случае успеха достижение запутанности левитирующих нано- и микрочастиц может сократить разрыв между квантовым миром и повседневной классической механикой.
По материалам АРМК.