Перший у світі мікроскоп фермионный

Вчені-фізики з Массачусетського технологічного інституту (MIT) побудували перший у світі фермионный мікроскоп. Охолоджувані в експерименті за допомогою двох лазерів з різними довжинами хвиль, атоми калію 40K переходять на все більш низькі енергетичні рівні. При цьому ферміони випускають фотони, які уловлюються мікроскопом і дають картинку.

Вся відома нам матерія складається з бозонів і фермионов. Ферміони формують матерію – це кварки, з яких складаються протони і нейтрони, які самі по собі є фермионами, а також лептони (електрони, мюоны, тау-лептони, нейтрино). Бозони – це переносники взаємодії (фотони, глюони, W і Z-бозони, і той самий бозон Хіггса).

У Гарвардському університеті ученим вдалося побудувати бозонный мікроскоп в 2009 році, а в 2010 році їх роботу повторили в Інституті квантової оптики ім. Макса Планка. А от побачити в мікроскоп ферміони до цього часу не вдавалося. Заважав принцип заборони Паулі, згідно з яким у замкненій квантовій системі два і більше тотожних ферміону (частинки з напівцілим спіном) не можуть одночасно перебувати в одному квантовому стані. Тому спроби охолодити хмара фермионов приводили до того, що всі вони вибудовувалися на різних енергетичних рівнях, і володіли найбільшою енергією частинки охолодити далі було неможливо.

У роботі, опублікованій в травні 2015 року, команда дослідників розповідає про своє досягнення. Мартін Цвирляйн, керівник команди, описує експеримент: «Ми хотіли досягти того ж, що попередні групи змогли зробити з бозонами. Але виявилося, що з фермионами це зробити важче – їх не так-то легко охолодити».

Користуючись двома лазерами, вчені створили пористу мережу, в комірках якої, як в «енергетичних ямах» були спіймані і утримувалися ферміони. Поступове охолодження призвело до того, що фермионный газ досяг температури близької до абсолютного нуля, і окремі ферміони можна було довго утримувати в комірках мережі. Випускаються при цьому фотони улавливались мікроскопом.

«Це значить, що я знаю, де знаходяться ферміони, і можу їх, умовно кажучи, пінцетом пересунути куди завгодно і зробити з них будь-який візерунок»,– говорить Цвирляйн. Завдяки знаходженню в ізольованих осередках, ферміони не взаємодіють один з одним і принцип Паулі не заважає їм як слід охолонути.

Як пояснюють дослідники, їх робота може допомогти у подальшому просуванні на шляху до створення високотемпературних надпровідників, оскільки такий мікроскоп може висунути на новий рівень вивчення електронів, які теж є фермионами. Крім цього, можливість утримувати й пересувати окремі ферміони безпосередньо пов’язана з технологіями створення квантових комп’ютерів.

Залишити відповідь

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