Виявлена квантова вібрація у великому об’єкті

Ніщо в нашому світі не знаходиться в стані абсолютного спокою. Навіть при абсолютному нулі, коли термальні коливання матерії заморожені, частинки продовжують квантово вібрувати. Це тонке тремтіння було виявлено в маленькому кремниевом бруску, який став першим твердим об’єктом, продемонстрировавшем квантові коливання.

Цей феномен, названий нульовими коливаннями, є наслідком принципу невизначеності Гейзенберга, який свідчить, що чим більше відомо про місцезнаходження частинки в даний момент часу, тим менше відомо про швидкості і напрямку її руху, і навпаки. До сьогоднішнього дня, нульова енергія спостерігалася безпосередньо в одиничних атомах або в невеликій кількості частинок.

У новому експерименті застосовувався кремнієвий брусок, розміром 12 мікрометрів в довжину і менше мікрометра в ширину. Оскар Пейнтер з Каліфорнійського технологічного інституту в Пасадені спільно з колегами, охолодив брусок практично до абсолютного нуля, після чого використовував лазер, щоб виявити ознаки його руху.

Деякі фотони цього лазера отримали зсув енергії після того, як зіткнулися з вібруючим бруском. Звичайні термічні коливання здатні як збільшувати, так і зменшувати енергію фотона, але все інакше у випадку з квантовими коливаннями. Оскільки це найменше з можливих енергетичних станів, воно здатне тільки поглинати енергію. Група Пейнтера виявила, що відбите світло перебував на більш низькому енергетичному рівні, що є явною ознакою квантових коливань.

Дана робота стала першою, в якій вдалося продемонструвати дуже дивна поведінка нульових флуктуацій. А саме: в цьому стані, речовина здатна тільки поглинати енергію. У класичних системах, ймовірність поглинання і випромінювання енергії однакова.

Один з учасників групи прокоментував: “Ми продемонстрували причину, по якій макроскопічні (мільярди атомів) об’єкти не можуть бути охолоджені до абсолютного нуля. На якомусь етапі ви упираєтеся в межа, далі якої речовина здатна виключно на поглинання енергії і не здатне віддавати її. І якщо воно тільки поглинає енергію, то це робить неможливим його подальше охолодження. В цьому і полягає феномен квантового коливання. Подібні експерименти проводилися і раніше, але в масштабах декількох атомів: нічого досить великого, видимого в мікроскоп (на відміну від нашого експерименту)”.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *