Контракты.ua

1684  —  04.05
Физики объединили тысячи молекул в единое квантовое состояние
Физики объединили тысячи молекул в единое квантовое состояние

Это стало важной вехой для квантовой физики: тысячи молекул были вынуждены разделять одно и то же квантовое состояние, танцевать вместе в унисон, как одна огромная супер-молекула.  

Физики давно стремятся использовать сложные квантовые системы для технологических приложений, но заставить кучу неуправляемых молекул работать вместе - такая же трудность, как и пасти кошек.

"Люди пытались сделать это на протяжении десятилетий, поэтому мы очень взволнованы", - сказал физик Ченг Чин из Чикагского университета.

"Я надеюсь, что это может открыть новые области в квантовой химии многих тел. Есть свидетельства того, что впереди еще много открытий".

Концепция множества частиц, действующих вместе как одна большая частица, разделяющих свои квантовые состояния, не нова. Мы достигли этого и десятилетиями экспериментировали с облаками отдельных атомов в состоянии вещества, которое называется конденсатом Бозе-Эйнштейна.

Они образованы из атомов, охлажденных до доли выше абсолютного нуля (но не до абсолютного нуля, когда атомы перестают двигаться). Это заставляет их опускаться до состояния с самой низкой энергией, перемещаясь чрезвычайно медленно, так что их энергетические различия исчезают, что приводит к их перекрытию в квантовой суперпозиции.

В результате получается облако атомов с высокой плотностью, которое действует как один "суператом" или материальная волна. Однако молекулы состоят из множества связанных вместе атомов, и поэтому их намного труднее приручить.

"Атомы - это простые сферические объекты, тогда как молекулы могут вибрировать, вращаться, нести небольшие магниты", - объяснил Чин. "Поскольку молекулы могут делать так много разных вещей, это делает их более полезными и в то же время намного сложнее контролировать".

Чтобы создать свой молекулярный конденсат Бозе-Эйнштейна, команда под руководством физика Чжендуна Чжана из Чикагского университета начала с атомного конденсата Бозе-Эйнштейна, используя газ из 60 000 атомов цезия.

Затем они охладили конденсат еще больше и увеличили магнитное поле так, что около 15 процентов атомов цезия столкнулись и попарно связались, образуя молекулы декезия. Несвязанные атомы были выброшены из ловушки, и был применен градиент магнитного поля, чтобы левитировать и удерживать оставшиеся молекулы в двумерной конфигурации.

"Как правило, молекулы хотят двигаться во всех направлениях, и если вы это допустите, они будут гораздо менее стабильными", - сказал Чин. "Мы ограничили молекулы так, чтобы они находились на двумерной поверхности и могли двигаться только в двух направлениях".

Образовавшийся газ состоял из молекул, которые, как выяснили ученые, находились в одном квантовом состоянии, с одинаковыми спинами, ориентацией и вибрацией.

Нам еще предстоит изучить, на что способен молекулярный конденсат Бозе-Эйнштейна, но это значительный шаг в этом направлении, предоставляющий пустую основу для будущих экспериментов.

Не только для самого молекулярного конденсата, но и для перехода между атомарным и молекулярным конденсатами Бозе-Эйнштейна. Изучение того, как это работает, поможет ученым упростить процесс, чтобы мы могли создавать конденсаты с другими молекулами, которые, возможно, будет проще поддерживать или которые будут более эффективными для различных технологических приложений.

"В традиционном понимании химии вы думаете о нескольких атомах и молекулах, которые сталкиваются и образуют новую молекулу", - сказал Чин.

"Но в квантовом режиме все молекулы действуют вместе, в коллективном поведении. Это открывает совершенно новый способ изучения того, как все молекулы могут реагировать вместе, чтобы стать молекулами нового типа".

Статьи по теме
Астрономы нашли новую «адскую» планету во Вселенной
Астрономы нашли новую «адскую» планету во Вселенной

Астрономы из Центра астрофизики при Университете Южного Квинсленда, в Австралии, открыли новую планету TOI-1431b, которая находится на расстоянии 490 световых лет от Земли.
29.04 — 2300

Физики побили новый рекорд по замедлению антивещества
Физики побили новый рекорд по замедлению антивещества

Антивещество уже создали. В зеркальной Вселенной, где время движется в обратном направлении, замена материи на антивещество должна просто привести нас к полному кругу и воспроизвести реальность, с которой мы все знакомы.
03.04 — 4039

Первые несколько секунд Большого взрыва: что мы знаем и чего не знаем
Первые несколько секунд Большого взрыва: что мы знаем и чего не знаем

Вы не поверите, но физики пытаются понять Вселенную, когда ей было всего несколько секунд.  
28.03 — 4702