ผลกระทบทางกายภาพยังใช้ได้ในโลกควอนตัม

20 ม.ค. 2023 (ข่าวนาโนเวิร์ค) นักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยบอนน์ได้ทำการทดลองพิสูจน์ว่าทฤษฎีบทสำคัญของฟิสิกส์เชิงสถิตินำไปใช้กับสิ่งที่เรียกว่า "คอนเดนเสทโบส-ไอน์สไตน์" ผลลัพธ์ของพวกเขาทำให้สามารถวัดคุณสมบัติบางอย่างของควอนตัม "อนุภาคยิ่งยวด" และอนุมานลักษณะเฉพาะของระบบที่อาจสังเกตได้ยาก ขณะนี้การศึกษาได้รับการตีพิมพ์ใน จดหมายทางกายภาพความคิดเห็น (“ความผันผวนและการกระจายตัวของโฟตอนคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์”). สมมติว่าข้างหน้าคุณมีภาชนะบรรจุของเหลวที่ไม่รู้จัก เป้าหมายของคุณคือค้นหาว่าอนุภาคในอนุภาค (อะตอมหรือโมเลกุล) เคลื่อนที่ไปมาแบบสุ่มเนื่องจากพลังงานความร้อนของอนุภาคนั้นมากน้อยเพียงใด อย่างไรก็ตาม คุณไม่มีกล้องจุลทรรศน์ที่คุณจะสามารถเห็นภาพความผันผวนของตำแหน่งเหล่านี้ที่เรียกว่า “การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน” ปรากฎว่าคุณไม่จำเป็นต้องใช้เลย: คุณยังสามารถผูกวัตถุกับเชือกแล้วดึงผ่านของเหลว ยิ่งคุณออกแรงมากเท่าไหร่ ของเหลวของคุณก็ยิ่งหนืดมากขึ้นเท่านั้น และยิ่งมีความหนืดมาก อนุภาคในของเหลวจะเปลี่ยนตำแหน่งโดยเฉลี่ยน้อยลงเท่านั้น ความหนืดที่อุณหภูมิที่กำหนดสามารถใช้เพื่อทำนายขอบเขตของความผันผวนได้ กฎทางกายภาพที่อธิบายความสัมพันธ์พื้นฐานนี้คือทฤษฎีบทความผันผวนและการกระจายตัว พูดง่ายๆ ก็คือ ยิ่งคุณต้องใช้แรงมากเท่าไหร่ในการรบกวนระบบจากภายนอก มันก็จะยิ่งมีความผันผวนแบบสุ่ม (เช่น ทางสถิติ) น้อยลงหากคุณปล่อยไว้ตามลำพัง “ตอนนี้เราได้ยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีบทสำหรับกลุ่มพิเศษของระบบควอนตัมเป็นครั้งแรก: คอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์” ดร. จูเลียน ชมิตต์ จากสถาบันฟิสิกส์ประยุกต์แห่งมหาวิทยาลัยบอนน์อธิบาย โฟตอน (สีเขียว) สามารถ "กลืน" โดยโมเลกุลของสีย้อม (สีแดง) และต่อมา "พ่นออกมา" อีกครั้ง ยิ่งมีโอกาสมากเท่าใด จำนวนโฟตอนก็จะยิ่งผันผวนมากขึ้นเท่านั้น (ภาพ: J. Schmitt มหาวิทยาลัยบอนน์)

“ซุปเปอร์โฟตอน” ที่เกิดจากอนุภาคแสงนับพัน

คอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์เป็นรูปแบบที่แปลกใหม่ของสสารที่สามารถเกิดขึ้นได้เนื่องจากผลเชิงกลเชิงควอนตัม: ภายใต้เงื่อนไขบางประการ อนุภาคต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นอะตอม โมเลกุล หรือแม้แต่โฟตอน (อนุภาคที่ประกอบเป็นแสง) จะแยกไม่ออก หลายร้อยหรือหลายพันอนุภาครวมกันเป็น "ซุปเปอร์อนุภาค" เดียว - Bose-Einstein condensate (BEC) ในของเหลวที่อุณหภูมิจำกัด โมเลกุลจะเคลื่อนที่ไปมาแบบสุ่ม ยิ่งของเหลวอุ่นขึ้นเท่าใด ความผันผวนของความร้อนก็จะยิ่งชัดเจนมากขึ้นเท่านั้น คอนเดนเสทของ Bose-Einstein สามารถผันผวนได้เช่นกัน: จำนวนของอนุภาคที่ควบแน่นจะแตกต่างกันไป และความผันผวนนี้ยังเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่สูงขึ้น “หากทฤษฎีบทการกระจายตัวที่ผันผวนใช้กับ BECs ยิ่งจำนวนอนุภาคมีความผันผวนมากเท่าใด พวกมันควรตอบสนองต่อสิ่งรบกวนจากภายนอกได้ไวขึ้นเท่านั้น” ชมิตต์เน้นย้ำ "โชคไม่ดีที่ความผันผวนของจำนวนใน BECs ที่ศึกษาตามปกติในก๊าซอะตอมเย็นพิเศษนั้นน้อยเกินไปที่จะทดสอบความสัมพันธ์นี้" อย่างไรก็ตาม กลุ่มวิจัยของศาสตราจารย์ ดร. มาร์ติน ไวทซ์ ซึ่งมี Schmitt เป็นหัวหน้ากลุ่มวิจัยรุ่นเยาว์ ทำงานร่วมกับคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ที่ทำจากโฟตอน และสำหรับระบบนี้จะไม่มีข้อจำกัด “เราทำให้โฟตอนใน BECs ของเรามีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลของสีย้อม” นักฟิสิกส์ผู้เพิ่งได้รับรางวัลอันทรงเกียรติอย่างสูงสำหรับนักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์จากสหภาพยุโรป หรือที่รู้จักในชื่อ ERC Start Grant อธิบาย เมื่อโฟตอนทำปฏิกิริยากับโมเลกุลของสีย้อม บ่อยครั้งเกิดขึ้นที่โมเลกุลจะ "กลืน" โฟตอนเข้าไป ดังนั้นสีย้อมจึงตื่นเต้นอย่างกระฉับกระเฉง ภายหลังสามารถปล่อยพลังงานกระตุ้นนี้โดยการ "พ่น" โฟตอนออกมา

โฟตอนพลังงานต่ำจะถูกกลืนน้อยลง

นักฟิสิกส์กล่าวว่า "เนื่องจากการสัมผัสกับโมเลกุลของสีย้อม จำนวนโฟตอนใน BECs ของเราจึงแสดงความผันผวนทางสถิติอย่างมาก" นักฟิสิกส์กล่าว นอกจากนี้ นักวิจัยยังสามารถควบคุมความแรงของการแปรผันนี้ได้อย่างแม่นยำ ในการทดลอง โฟตอนจะติดอยู่ระหว่างกระจกสองบาน ซึ่งจะสะท้อนกลับไปกลับมาในลักษณะของเกมปิงปอง ระยะห่างระหว่างกระจกสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ยิ่งมีขนาดใหญ่ขึ้นเท่าใด พลังงานของโฟตอนก็จะยิ่งลดลงเท่านั้น เนื่องจากโฟตอนพลังงานต่ำมีโอกาสน้อยที่จะกระตุ้นโมเลกุลสีย้อม (ดังนั้นจึงถูกกลืนน้อยลง) จำนวนของอนุภาคแสงควบแน่นจึงผันผวนน้อยลงมาก ขณะนี้นักฟิสิกส์ของบอนน์ได้ตรวจสอบว่าขอบเขตของความผันผวนนั้นเกี่ยวข้องกับ "การตอบสนอง" ของ BEC อย่างไร หากเป็นไปตามทฤษฎีบทการกระจายความผันผวน ความไวนี้ควรลดลงเมื่อความผันผวนลดลง “อันที่จริง เราสามารถยืนยันผลกระทบนี้ในการทดลองของเรา” ชมิตต์ซึ่งเป็นสมาชิกของ Transdisciplinary Research Area (TRA) “Matter” ที่มหาวิทยาลัยบอนน์และ Cluster of Excellence “ML4Q – Matter and แสงสว่างสำหรับควอนตัมคอมพิวเตอร์” เช่นเดียวกับของเหลว ขณะนี้สามารถสรุปคุณสมบัติระดับจุลภาคของคอนเดนเสท Bose-Einstein จากพารามิเตอร์การตอบสนองด้วยตาเปล่าที่สามารถวัดได้ง่ายกว่า Schmitt กล่าวว่า "สิ่งนี้เปิดทางไปสู่การใช้งานใหม่ๆ เช่น การวัดค่าอุณหภูมิที่แม่นยำในระบบโทนิคที่ซับซ้อน" Schmitt กล่าว

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62217.php