0. Słowo wstępne.
Dziś opiszę
eksperyment, w którym naukowcy osiągnęli niespotykany dotąd
efekt.
Okazało się, że
można dostrzec efekty kwantowe gołym okiem, bez potrzeby sięgania po mikroskop
elektronowy, a nawet taki z lekcji biologii, gdzie ogląda się
rozjechaną żabę, ślimaka bez skorupki czy inne paskudztwa.
Dobra, koniec tej
ściemy, zabieramy się do rzeczy.
1. Kto, kiedy, potem
będzie - ‘jak’.
Zespół naukowców
z Cambridge (na szczęście nie są to słynni amerykańscy naukowcy,
którzy przecież wiedzą już wszystko) zbudował chip
półprzewodnikowy, który przetwarza elektrony w stan kwantowy. Stan
ten ma to do siebie, że emituje światło, jednakże cały ten układ
nie jest jak dotychczas dostępny jedynie na poziomie mikroskopu, i
to elektronowego, czyli w niedostępnej dla pani czy pana z biologii
skali; światło można dostrzec gołym, nieuzbrojonym okiem
(nieuzbrojone oko to oko bez przyrządów pomiarowych, niestety nie
oznacza to oka rodem bohaterów z X-Men, takiego Cyclopsa czy innego
Supermana. Wiem, szkoda.)
Kieruje się promień
lasera na urządzenie zawierające nadciekły płyn w stanie
kwantowym. Odkrycie owo może kierować w stronę wynalezienia bardzo
czułych detektorów.
Sytuacja miała
miejcie we wspomnianym Cambridge w roku 2012 więc jest to świeża
sprawa (oczywiście, biorąc pod uwagę dinozaury czy epokę
lodowcową ;)).
Dlaczego płyn
nadciekły? Ponieważ mechanika kwantowa działa szczególnie dobrze
wtedy, gdy temperatura jest ekstremalnie niska, a cząstki bardzo
małe. Nadciekły płyn w stanie kwantowym to już skala bliska zera
bezwzględnego (~ -272 st. C).
Zespół badaczy
dokonał swoistego zmieszania elektronów z fotonami, aby uzyskać
cząstki kwantowe o wielkościach, jak na skalę cząstek
elementarnych, olbrzymich. Grubości ludzkiego włosa. Na domiar
złego, cząstki te zachowywały się jak nadprzewodniki, czyli
przewodziły prąd (możemy powiedzieć, w dużym przybliżeniu, bo
tak naprawdę definicji, czym jest prąd elektryczny, jest wiele –
strumień wolnych elektronów) bez oporu…
Wiem, że to dużo,
jak na jeden akapit, ale pomyślcie w ten sposób.
Elektrony i fotony
grubości ludzkiego włosa? Cząstki ze świata nano, gdzie logika
jest zupełnie inna niż w naszej codzienności, a intuicja
wykształcona na bazie doświadczeń z naszego świata zupełnie
zawodzi?
Tak.
2. Opis
doświadczenia.
Zbudowano
mikroskopijne jamy, w których, w obrębie mikrochipu, sąsiadowały
elektrony i fotony.
Efekt był dość dziwny.
Powstały nowe cząstki – tzw. ‘polaritony’, bardzo lekkie, aczkolwiek mogące się poruszać bardzo swobodnie w obrębie paszczy. Jaskini. No, tej jamy.
Dr Gab Christmann,
prof. Jeremy Baumberg i dr Natalia Berloff z Uniwersytetu w
Cambridge, wraz z ekipą badaczy z Krety (Kretyni?) wyprodukowali
nowe próbki, które pozwoliły polaritonom poruszać się swobodnie
w obrębie jam bez blokowania się nawzajem. Swobodny przepływ
cząstek, bo to przecież nadciekłość.
Wstrzeliwano je w
taki sposób, że tworzyły dwie tzw. ‘plamki laserowe’. Efektem
był nadciekły płyn o właściwościach kwantowych.
Co najciekawsze,
płyn zaczął spontanicznie oscylować (czyli, po prostu, płynąć
naprzemiennie w dwóch przeciwnych kierunkach) do przodu i do tyłu.
Ruch ten spowodował, że całość zaczęła przejawiać najbardziej
znane cechy świata kwantów: superpozycję, splątanie kwantowe, i
wiele innych, o których możecie przeczytać u Wujostwa Gu.
Jednakże wielkość,
skala tych kwantowych zjawisk daleko wykroczyła poza zwykłą sobie
normę: ze świata tak małego, jak 10^-15 metra, do grubości
ludzkiego włosa.
Wyobrażacie sobie,
że patrzycie na włos, a on jest rozdwojony? Nie! Nie mówię o
rozdwajających się końcówkach. Jedynie o tym, że włos naprawdę
jest podwójny, pomimo tego, że to jeden włos…
I też nie dlatego,
że mamy jakieś dioptrie na minusie…
Trudno powyższe
zdanie zrozumieć, ale w świecie kwantów takie zachowania to norma.
Cząstka jest w dwóch miejscach jednocześnie ale realnie, naprawdę.
To sprzeczne z naszą logiką, ale zapewne niejeden elektron
zdziwiłby się, że krzesło ma cztery nogi a nie osiem i że stoi w
jednym miejscu a nie w dwóch.
Albo – trochę
łatwiej – wyobraźcie sobie członka jakiegoś plemienia z dżungli
amazońskiej, którego złapano, zawiązano oczy i wywieziono do
igloo w na Grenlandii. Śnieg byłby dla Indianina czymś bardzo
dziwnym, wręcz sprzecznym z czymkolwiek, co kiedykolwiek widział,
nienormalnym.
To dobre słowo. Dla
nas elektrony są nienormalne, dla elektronów – my.
3. Doświadczenie w
opisie rozleglejszym.
Polaritony z
nadciekłego płynu, te duże cząstki kwantowe, objawiały nam całą
dziwną własność mechaniki kwantowej. Dokonywały splątania, ale
-nie tylko.
Jeszce dziwniejszym
był fakt, że płyn próbował się odpychać… od samego siebie.
Mógł także wirować jedynie w określonych ilościach… wiem,
brzmi to absurdalnie, ale rezultatem były wiry o liniach
regularnych, nie owalnych czy okrągłych. To tak jakby odległości
były skwantowane, a my to widzieli gołym okiem. Czy wyobrażacie
sobie wiry złożone z kresek, takie trochę… kanciaste? Kwadratowe
wiry? Odległości uległy skwantowaniu, na naszych oczach!
Poprzez rozdzielenie
promieni laserowych dr Christmann i jego współpracownicy
bezpośrednio kontrolowali rozchlapywanie się płynu kwantowego,
formując wahadło gibające się milion razy szybciej od bicia
ludzkiego serca.
Dr Christmann
dodaje: ‘To nie są zjawiska, która można oglądać na co dzień.
A drugim cudem jest perfekcyjnie dobranie parametrów doświadczenia,
musieliśmy być bardzo precyzyjni. Mogliśmy sterować naszym
polaritonowym płynem kwantowym poprzez przemieszczanie wiązek
laserowych, które go wytwarzały.’
4. Wnioski z
naukowej wioski.
Zwiększenie liczby
wiązek laserowych jedynie dodawało kolejnych niespodzianek, a
raczej komplikowało stany kwantowe. Mnożyło je.
Długofalowym celem
doświadczeń było stworzenie podobnych stanów kwantowych za pomocą
baterii elektrycznej w temperaturze pokojowej. Jakby im było mało.
Jednakże, gdyby ów
cel został osiągnięty, stałoby się możliwe zbudowanie nowej
generacji hiperczułych żyroskopów (to takie urządzenia stosowane
w awionice, pomagające utrzymać pion. Przydałyby się po
Sylwestrze, prawda, Laicy? ;)) do pomiarów grawitacji, pola
magnetycznego oraz do tworzenia obwodów kwantowych… Zupełnie nowa
technika, człowiek się gubi.
Ale zanim człowiek
się zgubi, chciałby tylko dodać, że eksperyment był sponsorowany
przez Radę Badań Nauk Fizycznych i Inżynieryjnych oraz Unię
Europejską.
To tak jakbym
zakończył w stylu Ulicy Sezamkowej:
‘Dzisiejszy
program sponsorowany był przez literki ‘G’, ‘K’ oraz cyfrę…
=].
Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)
Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz