Casa > Rassegna Stampa > Precisione del taglio del diamante: l'Università dell'Illinois svilupperà sensori di diamante per esperimenti sui neutroni e scienza dell'informazione quantistica
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| La rappresentazione dell'artista illustra il sensore di diamante di azoto vacante che il gruppo Beck svilupperà. Le linee della griglia interna rappresentano il percorso della luce laser all'interno del diamante: il raggio in entrata (linea rossa più spessa) viene riflesso ripetutamente all'interno del sensore del diamante finché non incontra l'angolo tagliato da cui emerge (la linea rossa più sottile). Immagine di Yasmine Steele per Illinois Physics CREDITO Grainger College of Engineering presso l'Università dell'Illinois Urbana-Champaign |
Abstract:
Il gruppo di fisica nucleare dell'Università Urbana-Champaign dell'Illinois sta cercando prove di una nuova fisica nei neutroni, particelle elettricamente neutre che tengono insieme i nuclei atomici attraverso un'interazione chiamata forza forte. Docenti e ricercatori stanno partecipando all'esperimento nEDM presso l'Oak Ridge National Laboratory che misurerà il momento di dipolo elettrico dei neutroni, una proprietà che consente ai neutroni di interagire con i campi elettrici nonostante la loro neutralità. Una misurazione precisa limiterà le teorie che estendono l’attuale modello standard della fisica delle particelle. Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori devono misurare con precisione i cambiamenti sottili in campi elettrici molto forti.
Precisione del taglio del diamante: l'Università dell'Illinois svilupperà sensori di diamante per esperimenti sui neutroni e scienze dell'informazione quantistica
Urbana, Illinois | Pubblicato il 14 aprile 2023Il professore di fisica Douglas Beck ha ricevuto una sovvenzione dal Dipartimento di Energia per sviluppare sensori basati sul diamante con posti vacanti di azoto, un materiale le cui proprietà quantistiche a basse temperature lo rendono insolitamente sensibile ai campi elettrici. Il suo gruppo di ricerca ha dimostrato che il materiale può misurare forti campi elettrici e il premio consentirà ai ricercatori di costruire sensori pronti per l'uso nell'esperimento nEDM. Inoltre, le proprietà quantistiche del materiale lo rendono un candidato promettente per la scienza dell’informazione quantistica. I ricercatori esploreranno anche queste potenziali applicazioni.
Beck ha spiegato che le impurità aggiunte chimicamente ai posti vacanti di azoto, o NV, conferiscono al diamante una sensibilità insolita al campo elettrico. “Queste impurità sono regioni con un atomo di azoto in più e un buco [o posto vacante] dove normalmente si troverebbero gli atomi di carbonio”, ha detto. “Quando il materiale viene raffreddato a meno di 20 gradi sopra lo zero assoluto, le impurità formano un sistema quantistico che risponde ai campi elettrici. Questa è una caratteristica piuttosto insolita perché non sono molti i sistemi che rispondono ai campi elettrici, e questo rende speciale il diamante NV”.
Il sistema NV può essere reso ancora più sensibile quando viene preparato in un particolare stato quantistico. Invece di lasciare che il sistema rimanga nel suo stato energetico più basso dopo averlo raffreddato, i ricercatori formano una sovrapposizione quantistica degli stati energetici più bassi e immediatamente più bassi chiamata stato oscuro, così chiamato perché non interagisce con la luce. "In un certo senso, il nome vuole suggerire che è immune alle interazioni con l'ambiente", ha detto Beck. "Poiché ha una vita lunga, ha un'energia molto nettamente definita che ci dice in modo molto accurato quanto è grande il campo elettrico."
Il gruppo di Beck ha dimostrato che questo fenomeno consente al diamante NV di misurare forti campi elettrici e il premio consentirà ai ricercatori di sviluppare sensori affidabili e robusti basati su di esso. Ciò comporterà il confezionamento dei sensori in unità che si collegheranno facilmente ai laser utilizzati per controllarli e ridurre al minimo gli effetti del rumore di fondo. Stanno anche studiando una tecnica quantistica chiamata disaccoppiamento dinamico che consentirebbe loro di invertire efficacemente gli effetti delle imperfezioni sperimentali, secondo Beck. Ciò renderebbe le misurazioni del campo elettrico già precise ancora più accurate.
Un altro obiettivo della ricerca è esplorare proposte per l’utilizzo del diamante NV nella scienza dell’informazione quantistica. La lunga durata dello stato oscuro e la resilienza al rumore ambientale lo rendono una piattaforma promettente per il rilevamento quantistico e la memoria quantistica. Molte di queste applicazioni dipendono dal posizionamento dei sistemi quantistici in stati compressi che possiedono l’incertezza minima consentita dal principio di Heisenberg. Ci sono state diverse proposte per creare stati compressi nel diamante NV, e il gruppo di Beck ne esaminerà la fattibilità.
Questo lavoro sarà sostenuto con 650,000 dollari in tre anni assegnati dall'iniziativa Quantum Horizons nel programma di fisica nucleare del Dipartimento di energia.
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Contatti:
Cassandra Smith
Grainger College of Engineering dell'Università dell'Illinois
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