양자 세계에서도 유효한 물리적 효과

20 년 2023 월 XNUMX 일 (나노 워크 뉴스) 본 대학의 물리학자들은 통계 물리학의 중요한 정리가 소위 "보즈-아인슈타인 응축물"에 적용된다는 것을 실험적으로 입증했습니다. 그들의 결과는 이제 양자 "초입자"의 특정 특성을 측정하고 관찰하기 어려운 시스템 특성을 추론하는 것을 가능하게 합니다. 이 연구는 현재 다음에서 출판되었습니다. 피지컬 리뷰 레터스 (Physical Review Letters) (“보즈-아인슈타인 광자 응축물의 변동-소산 관계”). 당신 앞에 정체를 알 수 없는 액체가 담긴 용기가 있다고 가정해 보자. 여러분의 목표는 열에너지로 인해 그 안의 입자(원자 또는 분자)가 얼마나 앞뒤로 무작위로 움직이는지 알아내는 것입니다. 그러나 "브라운 운동"으로 알려진 이러한 위치 변동을 시각화할 수 있는 현미경은 없습니다. 그것은 전혀 필요하지 않다는 것이 밝혀졌습니다. 간단히 물체를 끈에 묶고 액체를 통해 잡아당길 수도 있습니다. 더 많은 힘을 가할수록 액체의 점성은 더 높아집니다. 그리고 점성이 높을수록 액체 내 입자의 평균 위치 변화가 줄어듭니다. 따라서 주어진 온도에서의 점도를 사용하여 변동 정도를 예측할 수 있습니다. 이 근본적인 관계를 설명하는 물리적 법칙은 변동-소산 정리입니다. 간단히 말해서, 외부에서 시스템을 교란시키기 위해 적용해야 하는 힘이 클수록 시스템을 그대로 놔둘 경우 시스템 자체가 무작위로(즉, 통계적으로) 변동하는 경우가 줄어듭니다. "우리는 이제 처음으로 특별한 양자 시스템 그룹인 보스-아인슈타인 응축물에 대한 정리의 타당성을 확인했습니다."라고 본 대학교 응용 물리학 연구소의 Julian Schmitt 박사는 설명합니다. 광자(녹색)는 염료 분자(빨간색)에 의해 "삼켜지고" 나중에 다시 "뱉어낼" 수 있습니다. 그럴 가능성이 높을수록 광자 수의 변동폭이 커집니다. (이미지: J. Schmitt, 본 대학교)

수천 개의 빛 입자로 이루어진 '슈퍼 광자'

보스-아인슈타인 응축물은 양자역학적 효과로 인해 발생할 수 있는 이국적인 형태의 물질입니다. 특정 조건에서 입자는 원자, 분자, 광자(빛을 구성하는 입자) 등 구별할 수 없게 됩니다. 수백 또는 수천 개가 하나의 "슈퍼 입자"인 보스-아인슈타인 응축물(BEC)로 합쳐집니다. 유한한 온도의 액체에서는 분자가 무작위로 앞뒤로 움직입니다. 액체가 따뜻할수록 이러한 열 변동은 더욱 두드러집니다. 보스-아인슈타인 응축물도 변동될 수 있습니다. 응축된 입자의 수는 다양합니다. 그리고 이러한 변동은 온도가 상승함에 따라 증가합니다. "변동-소산 정리가 BEC에 적용된다면 입자 수의 변동이 클수록 외부 교란에 더 민감하게 반응해야 합니다."라고 Schmitt는 강조합니다. 불행하게도 초저온 원자 가스에서 일반적으로 연구되는 BEC의 변동 수는 너무 작아서 이 관계를 테스트할 수 없습니다. 그러나 Schmitt가 하위 연구 그룹 리더로 있는 Dr. Martin Weitz 교수의 연구 그룹은 광자로 만들어진 보스-아인슈타인 응축물을 연구하고 있습니다. 그리고 이 시스템에는 제한이 적용되지 않습니다. "우리는 BEC의 광자가 염료 분자와 상호 작용하도록 만듭니다"라고 최근 ERC 시작 보조금으로 알려진 유럽 연합의 젊은 과학자들에게 큰 상을 받은 물리학자는 설명합니다. 광자가 염료 분자와 상호 작용할 때 분자가 광자를 "삼키는" 경우가 자주 발생합니다. 이로써 염료는 에너지적으로 여기됩니다. 나중에 광자를 "분출"하여 여기 에너지를 방출할 수 있습니다.

저에너지 광자는 덜 자주 삼켜집니다.

"염료 분자와의 접촉으로 인해 BEC의 광자 수는 통계적으로 큰 변동을 보입니다."라고 물리학자는 말합니다. 또한 연구원들은 이러한 변화의 강도를 정확하게 제어할 수 있습니다. 실험에서 광자는 두 개의 거울 사이에 갇혀 탁구 게임 방식으로 앞뒤로 반사됩니다. 거울 사이의 거리는 다양할 수 있습니다. 크기가 커질수록 광자의 에너지는 낮아집니다. 저에너지 광자는 염료 분자를 자극할 가능성이 적기 때문에(따라서 삼키는 횟수가 적음) 이제 응축된 광 입자의 수는 훨씬 덜 변동합니다. 이제 본 물리학자들은 변동의 정도가 BEC의 "반응"과 어떻게 관련되는지 조사했습니다. 변동-소산 정리가 성립한다면 변동이 감소함에 따라 이 민감도도 감소해야 합니다. Schmitt는 "실제로 우리는 실험에서 이 효과를 확인할 수 있었습니다."라고 Bonn 대학의 학제간 연구 영역(TRA) "물질" 및 우수 클러스터 "ML4Q – 물질 및 물질"의 회원이기도 한 Schmitt는 강조합니다. 양자 컴퓨팅을 위한 빛.” 액체와 마찬가지로 이제 더 쉽게 측정할 수 있는 거시적 반응 매개변수로부터 보스-아인슈타인 응축물의 미시적 특성을 추론하는 것이 가능합니다. Schmitt는 "이것은 복잡한 광자 시스템의 정확한 온도 결정과 같은 새로운 응용 분야의 길을 열어줍니다."라고 말했습니다.

• SEO 기반 콘텐츠 및 PR 배포. 오늘 증폭하십시오.
• 플라토 블록체인. Web3 메타버스 인텔리전스. 지식 증폭. 여기에서 액세스하십시오.
• 출처: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62217.php