Kvantpartikler:Trækkes og komprimeres

For nylig, forskere ledet af Markus Aspelmeyer ved Universitetet i Wien og Lukas Novotny ved ETH Zürich afkølede en glas nanopartikel til kvantestyret for første gang. At gøre dette, partiklen fratages sin kinetiske energi ved hjælp af lasere. Tilbage er bevægelser, såkaldte kvantesvingninger, som ikke længere følger lovene i klassisk fysik, men kvantefysikkens love. Glaskuglen, hvormed dette er opnået, er betydeligt mindre end et sandkorn, men består stadig af flere hundrede millioner atomer. I modsætning til den mikroskopiske verden af ​​fotoner og atomer, nanopartikler giver et indblik i makroskopiske objekters kvantekarakter. I samarbejde med eksperimentel fysiker Markus Aspelmeyer, et team af teoretiske fysikere ledet af Oriol Romero-Isart fra University of Innsbruck og Institute of Quantum Optics and Quantum Information fra det østrigske videnskabsakademi foreslår nu en måde at udnytte nanopartiklers kvanteegenskaber til forskellige anvendelser.

Delokaliseret kort

"Mens atomer i den bevægelige grundtilstand hopper rundt over afstande, der er større end atomets størrelse, bevægelsen af ​​makroskopiske objekter i grundtilstanden er meget, meget lille, "forklar Talitha Weiss og Marc Roda-Llordes fra Innsbruck-teamet." Nanopartiklers kvantesvingninger er mindre end atomets diameter. "For at drage fordel af nanopartiklers kvantekarakter, partiklernes bølgefunktion skal udvides kraftigt. I Innsbruck -kvantefysikernes ordning, nanopartikler fanges i optiske felter og afkøles til jordtilstand. Ved rytmisk at ændre disse felter, partiklerne lykkes nu kortvarigt at delokalisere over eksponentielt større afstande. "Selv de mindste forstyrrelser kan ødelægge partiklernes sammenhæng, det er derfor ved at ændre de optiske potentialer, vi trækker kun kortvarigt partiklernes bølgefunktion fra hinanden og komprimerer den straks igen, "forklarer Oriol Romero-Isart. Ved gentagne gange at ændre potentialet, nanopartiklens kvanteegenskaber kan således udnyttes.

Mange applikationer

Med den nye teknik, de makroskopiske kvanteegenskaber kan studeres mere detaljeret. Det viser sig også, at denne tilstand er meget følsom over for statiske kræfter. Dermed, metoden kunne muliggøre meget følsomme instrumenter, der kan bruges til at bestemme kræfter som tyngdekraften meget præcist. Ved hjælp af to partikler ekspanderet og komprimeret samtidigt ved denne metode, det ville også være muligt at forvirre dem via en svag interaktion og udforske helt nye områder af den makroskopiske kvanteverden.

Sammen med andre forslag, det nye koncept danner grundlaget for ERC Synergy Grant-projektet Q-Xtreme, som blev givet sidste år. I dette projekt, forskergrupperne for Markus Aspelmeyer og Oriol Romero-Isart, sammen med Lukas Novotny og Romain Quidant fra ETH Zürich, skubber et af de mest grundlæggende principper inden for kvantefysikken til den yderste grænse ved at placere et solidt antal milliarder atomer to steder på samme tid.