Mechanika kwantowa wiadomości

Austriacy stanęli na granicy zasady nieoznaczoności

Zasada nie­ozna­czo­no­ści sfor­mu­ło­wana sto lat temu przez Wernera Heisen­berga, to abso­lutny fun­da­ment fizyki małych obiektów. Stwier­dza ona, że w żaden sposób nie można zmierzyć pędu cząstki oraz jej poło­że­nia z jed­na­kową dokład­no­ścią. Poznając jedną wielkość, auto­ma­tycz­nie tracimy infor­ma­cję o drugiej.

Od lat fizycy dokonują prze­róż­nych pomiarów oraz eks­pe­ry­men­tów mających na celu wyzna­cze­nie granicy “ukla­sycz­nie­nia” – skali, w której zasada Heisen­berga prze­staje uprzy­krzać życie, a obiekty stają się mniej wrażliwe na pomiary.

Ostatnio podob­nego wyzwania podjęli się pra­cow­nicy trzech austriac­kich placówek: Uni­wer­sy­tetu Tech­nicz­nego w Wiedniu, Austriac­kiej Akademii Nauk oraz Uni­wer­sy­tetu Wie­deń­skiego. Prze­pro­wa­dzili oni pre­cy­zyjne badania na mikro­sko­pij­nej kuli o średnicy 200 nano­me­trów, złożonej z około miliarda atomów. Nie­wi­docz­nej gołym okiem, ale dość dużej jak na kwantowe standardy.

Badanie prze­pro­wa­dzano w tem­pe­ra­tu­rze poko­jo­wej, ale samą kulę potrak­to­wano laserem. Atomy roz­grzane do kilkuset kelwinów zaczy­nały drgać, jednakże naukow­ców nie inte­re­so­wał stan poszcze­gól­nych atomów, lecz całego układu, zatrzy­ma­nego optycz­nym w “imadle”. Jeden z autorów, Markus Aspel­meyer, porów­nuje to do pomiaru poło­że­nia zegara, bez zwra­ca­nia uwagi na ruch jego wahadła czy wska­zó­wek. Innymi słowy, zatrzy­mana kula zacho­wy­wała się tak, jakby była schło­dzona do 5 milio­no­wych stopnia powyżej zera abso­lut­nego, mimo, że w rze­czy­wi­sto­ści jej wnętrze było gorące.

Fizycy mówią o sukcesie. Pomiar kuli prze­pro­wa­dzony przez roz­pro­sze­nie światła był niemal tak dokładny, jak pozwo­li­łaby na to kla­syczna technika mikro­sko­powa. Mimo, że atomom wewnątrz daleko było do sta­bil­no­ści, apa­ra­tura mogła pre­cy­zyj­nie określić poło­że­nie układu, jak i jego pędu. 

Jak czytamy w abs­trak­cie do artykułu z Nature: “Zdolność dokład­nego kon­tro­lo­wa­nia dynamiki układów fizycz­nych poprzez pomiary i sprzę­że­nie zwrotne stanowi filar nowo­cze­snej inży­nie­rii”. Celem jest stwo­rze­nie takiego systemu, który pozwoli na kontrolę nano­czą­stek niemal bez wpływu jakich­kol­wiek zakłóceń i fluk­tu­acji tła, co może mieć kluczowe zna­cze­nie dla niemal każdej tech­no­lo­gii się­ga­ją­cej do mecha­niki kwantowej.

Dowiedz się więcej u źródła:
L. Magrini, P. Rosenzweig, C. Bach, Real-time optimal quantum control of mechanical motion at room temperature, “Nature”, vol. 595, [online: nature.com/articles/s41586-021–03602‑3].
Total
0
Shares
Inne teksty