Fiziksel etki kuantum dünyasında da geçerli

20 Ocak 2023 (Nanowerk Haberleri) Bonn Üniversitesi'ndeki fizikçiler, istatistiksel fiziğin önemli bir teoreminin sözde "Bose-Einstein yoğuşmaları" için geçerli olduğunu deneysel olarak kanıtladılar. Sonuçları artık kuantum "süper parçacıkların" belirli özelliklerini ölçmeyi ve başka türlü gözlemlenmesi zor olacak sistem özelliklerini çıkarsamayı mümkün kılıyor. Araştırma şimdi yayınlandı Physical Review Letters (“Bir Bose-Einstein Foton Yoğuşması İçin Dalgalanma-Dağıtım İlişkisi”). Önünüzde bilinmeyen bir sıvıyla dolu bir kap olduğunu varsayalım. Amacınız, içindeki parçacıkların (atomlar veya moleküller) termal enerjileri nedeniyle ne kadar rastgele ileri geri hareket ettiğini bulmaktır. Ancak, "Brown hareketi" olarak bilinen bu konum dalgalanmalarını görselleştirebileceğiniz bir mikroskobunuz yok. Görünüşe göre buna hiç ihtiyacınız yok: Ayrıca bir nesneyi bir ipe bağlayıp sıvının içinden çekebilirsiniz. Ne kadar kuvvet uygulamanız gerekiyorsa, sıvınız o kadar viskoz olur. Ve ne kadar viskoz olursa, sıvı içindeki parçacıklar ortalama olarak konumlarını o kadar az değiştirir. Bu nedenle, belirli bir sıcaklıktaki viskozite, dalgalanmaların boyutunu tahmin etmek için kullanılabilir. Bu temel ilişkiyi tanımlayan fizik yasası, dalgalanma-dağıtım teoremidir. Basit bir ifadeyle şöyle der: Bir sistemi dışarıdan tedirgin etmek için uygulamanız gereken kuvvet ne kadar büyükse, onu kendi haline bırakırsanız sistem kendi kendine rastgele (yani istatistiksel olarak) o kadar az dalgalanacaktır. Bonn Üniversitesi Uygulamalı Fizik Enstitüsü'nden Dr. Julian Schmitt, "Şimdi özel bir kuantum sistemleri grubu için teoremin geçerliliğini ilk kez doğruladık: Bose-Einstein yoğuşmaları," diye açıklıyor. Fotonlar (yeşil) boya molekülleri (kırmızı) tarafından “yutulabilir” ve daha sonra tekrar “tükürülür”. Bu ne kadar olasıysa, foton sayısı o kadar çok dalgalanır. (Resim: J. Schmitt, Bonn Üniversitesi)

Binlerce hafif parçacıktan oluşan "süper fotonlar"

Bose-Einstein yoğuşmaları, kuantum mekaniksel bir etki nedeniyle ortaya çıkabilen egzotik madde biçimleridir: Belirli koşullar altında parçacıklar, atomlar, moleküller ve hatta fotonlar (ışığı oluşturan parçacıklar) ayırt edilemez hale gelir. Yüzlerce hatta binlerce tanesi tek bir "süper parçacık" - Bose-Einstein yoğuşması (BEC) halinde birleşir. Sonlu sıcaklıktaki bir sıvıda, moleküller rastgele ileri geri hareket eder. Sıvı ne kadar sıcaksa, bu termal dalgalanmalar o kadar belirgindir. Bose-Einstein yoğunlaşmaları da dalgalanabilir: Yoğunlaşan parçacıkların sayısı değişir. Ve bu dalgalanma da artan sıcaklıkla artar. Schmitt, "Eğer dalgalanma-dağıtım teoremi BEC'ler için geçerliyse, parçacık sayılarındaki dalgalanma ne kadar büyükse, bir dış tedirginliğe o kadar hassas tepki vermeleri gerekir" diye vurguluyor Schmitt. "Ne yazık ki, aşırı soğuk atomik gazlarda genellikle incelenen BEC'lerdeki sayı dalgalanmaları, bu ilişkiyi test etmek için çok küçük." Bununla birlikte, Schmitt'in küçük araştırma grubu lideri olduğu Prof. Dr. Martin Weitz'in araştırma grubu, fotonlardan oluşan Bose-Einstein yoğuşmaları ile çalışıyor. Ve bu sistem için sınırlama geçerli değildir. Kısa bir süre önce Avrupa Birliği'nden genç bilim insanlarına verilen ve ERC Başlangıç ​​Hibesi olarak bilinen büyük bir ödül kazanan fizikçi, "BEC'lerimizdeki fotonları boya molekülleri ile etkileşime sokuyoruz" diye açıklıyor. Fotonlar boya molekülleri ile etkileştiğinde, sıklıkla bir molekülün bir fotonu "yutması" olur. Böylece boya enerjisel olarak uyarılır. Daha sonra bir foton "tükürerek" bu uyarım enerjisini serbest bırakabilir.

Düşük enerjili fotonlar daha az yutulur

Fizikçi, "Boya molekülleriyle temas nedeniyle, BEC'lerimizdeki fotonların sayısı büyük istatistiksel dalgalanmalar gösteriyor" diyor. Ek olarak, araştırmacılar bu varyasyonun gücünü tam olarak kontrol edebiliyorlar: Deneyde, fotonlar iki ayna arasında sıkışıp kalıyor ve burada pinpon oyunu tarzında ileri geri yansıtılıyorlar. Aynalar arasındaki mesafe değişebilir. Ne kadar büyük olursa, fotonların enerjisi o kadar düşük olur. Düşük enerjili fotonların bir boya molekülünü uyarma olasılığı daha düşük olduğundan (dolayısıyla daha az yutulurlar), yoğunlaştırılmış ışık parçacıklarının sayısı artık çok daha az dalgalanıyor. Bonn fizikçileri şimdi dalgalanmanın boyutunun BEC'in "yanıtı" ile nasıl ilişkili olduğunu araştırdılar. Dalgalanma-dağıtım teoremi geçerliyse, dalgalanma azaldıkça bu hassasiyet azalmalıdır. Aynı zamanda Bonn Üniversitesi'ndeki Disiplinlerarası Araştırma Alanı (TRA) "Matter" ve Mükemmellik Kümesi "ML4Q - Matter and Matter" üyesi olan Schmitt, "Aslında, bu etkiyi deneylerimizde doğrulayabildik" diye vurguluyor. Kuantum Hesaplama için Işık.” Sıvılarda olduğu gibi, Bose-Einstein kondensatlarının mikroskobik özelliklerini daha kolay ölçülebilen makroskobik tepki parametrelerinden anlamak artık mümkün. Schmitt, "Bu, karmaşık fotonik sistemlerde hassas sıcaklık belirleme gibi yeni uygulamalara yol açıyor" diyor.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62217.php