近期,由維也納大學(xué)和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員共同進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)將一個(gè)玻璃納米粒子冷卻到量子系統(tǒng)。
為了做到這一點(diǎn),研究人員讓粒子在激光的幫助下被剝奪了動(dòng)能。剩下的是運(yùn)動(dòng),即所謂的量子波動(dòng),它不再遵循經(jīng)典物理學(xué)的規(guī)律,而是量子物理學(xué)的規(guī)律。
實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的玻璃球比一粒沙子小得多,但仍由幾億個(gè)原子組成。與光子和原子的微觀世界相比,納米粒子讓人們了解到宏觀物體的量子性質(zhì)。
與實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家馬庫斯·阿斯佩爾邁耶合作,由因斯布魯克大學(xué)和奧地利科學(xué)院量子光學(xué)和量子信息研究所的奧里奧爾·羅梅羅·伊薩特領(lǐng)導(dǎo)的理論物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在提出了一種利用納米粒子的量子特性進(jìn)行各種應(yīng)用的方法。
“雖然處于運(yùn)動(dòng)基態(tài)的原子在大于原子大小的距離上反彈,但處于基態(tài)的宏觀物體的運(yùn)動(dòng)卻非常非常小,”來自因斯布魯克團(tuán)隊(duì)的塔利塔·魏斯和馬克·羅達(dá)·洛德斯解釋說。“納米粒子的量子波動(dòng)比原子的直徑還要小”。
為了利用納米粒子的量子性質(zhì),粒子的波函數(shù)必須被大大擴(kuò)展。在因斯布魯克量子物理學(xué)家的計(jì)劃中,納米粒子被困于光場(chǎng)中并被冷卻到基態(tài)。通過有節(jié)奏地改變這些場(chǎng),粒子現(xiàn)在成功地在指數(shù)級(jí)大的距離上短暫地脫域。
即使是很小的擾動(dòng)也可能破壞粒子的一致性,這就是為什么通過改變光勢(shì),只需要短暫地拉開粒子的波函數(shù),然后立即再次壓縮它。通過反復(fù)改變電位,納米粒子的量子特性就可以被利用起來。
有了這項(xiàng)新技術(shù),可以更詳細(xì)地研究宏觀的量子特性。事實(shí)也證明,這種狀態(tài)對(duì)靜態(tài)力非常敏感。
因此,該方法可以實(shí)現(xiàn)高度敏感的儀器,可以用來非常精確地確定重力等力。使用這種方法同時(shí)膨脹和壓縮的兩個(gè)粒子,也有可能通過弱相互作用將它們糾纏在一起,并探索宏觀量子世界的全新領(lǐng)域。
與其他提案一起,這個(gè)新概念構(gòu)成了歐洲研究理事會(huì)協(xié)同資助項(xiàng)目Q-Xtreme的基礎(chǔ),該項(xiàng)目已于去年獲得批準(zhǔn)。