Научный мир признал, что поведение материи в квантовых масштабах имеет свои невероятные особенности. Однако, где же граница между квантовой и классической физикой? Ответа нет. Есть только новое исследование, которое может помочь его найти.
Наномасштабы
Поведением частиц в наномасштабах управляют законы квантовой физики. Это приводит к явлению квантовой запутанности, а то, каким способом запутанные частицы становятся неразрывно связанными между собой, классическая физика объяснить не может. Только квантовые исследования позволяют заполнить имеющиеся в научных познаниях пробелы.
С одной стороны, они дают более полную картину реальности, а с другой, квантовые системы все-таки работают в крошечных масштабах, и способны затруднить их наблюдение и изучение. За последние сто лет физики заметно прогрессировали, наблюдая квантовые явления в более крупных объектах. От субатомных частиц (электрон, например) они перешли к молекулам, состоящим из тысяч атомов.
Границы возможного стремится расширить левитирующая оптомеханика. Это область, управляющая объектами микронного масштаба с большой массой в вакууме. Она проверяет достоверность квантовых явлений на объектах, на несколько порядков тяжелее атомов, и молекулы.
Научная коллаборация
Важно знать, что по мере увеличения размеров и масс объектов, их квантовые особенности взаимодействия теряются, и тогда за ними наблюдается классическое поведение. Это изначально и вызывало неприятие квантовой теории. В своем новом исследовании ученые, кажется, поняли, как можно поймать в нашем классическом мире эти особые состояния, просто вызвав их из квантового мира.
Новый подход к этой запутанной проблеме разработала команда лаборатории квантовой инженерии Манчестерского университета во главе с доктором Джаядевом Виджаяном в коллаборации с учеными из ETH Цюриха и теоретиками из Университета Инсбрука. Свой эксперимент они провели в ETH Zurich.
«Для того чтобы наблюдать квантовые явления в крупных масштабах, а также пролить свет на классический квантовый переход, в присутствии шума из окружающей среды должны сохраняться квантовые особенности. Как вы можете себе представить, есть два способа сделать это: один – подавить шум, а второй – усилить квантовые характеристики. Наше исследование демонстрирует способ решения этой проблемы, используя второй подход. Мы показываем, что взаимодействия, необходимые для запутывания между двумя оптически захваченными стеклянными частицами размером 0,1 микрона, могут быть усилены на несколько порядков, чтобы преодолеть потери для окружающей среды», – пояснил Джаядев Виджаян.
Связь частиц
Исследователи поместили частицы между двумя зеркалами с высокой отражающей способностью. Они образовали оптическую полость. Каждая частичка рассеяла фотоны, которые до того, как покинуть резонатор, отскакивали между зеркалами несколько тысяч раз. Вероятность взаимодействия с другой частицей в том случае повышалась в разы.
❗Участившиеся случаи ограничения каналов вынудили нас заняться поиском альтернативных площадок. Канал про Космос мы уже перенесли в приложение SFERA. А скоро в SFERA появится и сервис для статей. Скачать мобильное приложение SFERA:
Такие оптические взаимодействия опосредованы полостью, прочность которой с расстоянием не уменьшается. Так ученые получают возможность связывать частицы микронного размера размером в несколько миллиметров. Они также могут контролировать или регулировать силу взаимодействия с высокой точностью. Просто они меняют положение частиц внутри полости и частоты лазера.
Результаты этого исследования – огромная веха в понимании фундаментальной физики. Тут уже появились перспективы для практического применения. В первую очередь это касается сенсорных технологий, подходящих для автономной навигации и мониторинга окружающей среды.
Левитирующие частицы
По сравнению с другими зондирующими квантовыми системами левитирующие механические датчики имеют большую массу. Но в том и есть их преимущество: они лучше обнаруживают гравитационные ускорения и силы, так что речь идет о лучшей чувствительности.
Более основательного утверждения квантовой запутанности исследователи решили добиться объединением новых возможностей с методами квантового охлаждения, которые отлично себя зарекомендовали. Если запутанность левитирующих нано- и микрочастиц будет успешно достигнута, то разрыв между повседневной квантовой механикой и квантовым миром будет сокращен.
Чтобы не потерять нас, подпишитесь на telegram-канал, который мы ведём для проекта SFERA. Срочные новости будут в закреплённых сообщениях.
❗️ Ставьте 👍 и подписывайтесь на наш канал!
Читайте также: