Måling af en partikels spin i et hurtigt roterende objekt

Et team af forskere ved University of Melbourne er for første gang lykkedes med at måle et enkelt kvantespin i et hurtigt roterende objekt. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve , gruppen beskriver, hvordan de udførte den svære bedrift og måder, hvorpå deres resultater kan anvendes.

I fysik, spin er defineret som det kvantiserede iboende vinkelmoment af en partikel - det er ikke relateret til partiklens fysiske spin. Men i tidligere arbejde, fysikere har teoretiseret, at fysisk spinning af en partikel skulle fremtvinge en ændring i dens spintilstand. I denne nye indsats, den teori har forskerne bevist ved at udføre et kompliceret eksperiment.

At teste, om spinding af en partikel ændrer dens spin, krævede at overvinde to store forhindringer:hvordan man sikrer sig, at eventuelle ændringer i spin skyldtes, at partiklen blev spundet versus andre miljøfaktorer, og hvordan man måler spin af en partikel, der fysisk spinder.

Øvelsen involverede først at montere en tynd skive af en speciel slags diamant med nitrogen ledige pladser (NV'er) til en base, der kunne spindes ved 200, 000 rpm. NV'er er tilfælde af nitrogenatomer i carbongitteret ved siden af ​​en ledig stilling. I sådanne tilfælde, et atom efterlades uparret, hvilket betyder, at det interagerer med andre atomer omkring det - hvilket resulterer i et isoleret spin. Med testdiamanten, NV'erne var sparsomme, gør det muligt at teste spin-tilstanden isoleret.

For at studere en bestemt NV, som den blev spundet, forskerne anvendte forskellige slags lys - en grøn lysimpuls satte spindet i en lavere energitilstand, og derefter blev der affyret en mikrobølgeimpuls mod partiklen. Ved at måle den udsendte fluorescens, holdet var i stand til at bekræfte, at spindet havde ændret sig på grund af diamantens rotation, bevise, at teorien er korrekt.

Forskere har ventet på, at teorien blev bevist, fordi fænomenet kan føre til udvikling af enheder til at detektere rotation i meget lille skala, såsom i celler eller biologiske væsker.

© 2020 Science X Network