üçün yeni imkanlar açır kvant sensorları, atom saatları və fundamental fizika testləri ilə JILA tədqiqatçıları çoxlu sayda hissəciklərin xassələrini “dolaşıqlaşdırmaq” və ya bir-birinə bağlamaq üçün yeni üsullar hazırlayıblar. Bu prosesdə onlar hətta dağıdıcı, səs-küylü mühitlərdə belə böyük atom qruplarını daha dəqiq ölçməyin yollarını işləyib hazırladılar.
Burada təsvir edilən "maqqaşlı saat" kimi daha yüksək dəqiqlikli atom saatları atomların bir xüsusiyyətinin daha dəqiq ölçüldüyü "fırıldaq sıxma" kimi tanınan bir üsulla atomları yeni bir şəkildə birləşdirmək və ya "dolaqlaşdırmaq" nəticəsində yarana bilər. adətən kvant mexanikasında tamamlayıcı xüsusiyyətin ölçüldüyü dəqiqliyi azaltmaqla icazə verilir. Şəkil krediti: S. Burrows/JILA
Yeni texnikalar nəşr olunan bir cüt məqalədə təsvir edilmişdir Nature. JILA Milli Standartlar və Texnologiya İnstitutu (NIST) və Kolorado Boulder Universitetinin birgə institutudur.
Nəzəri fizik və JILA və NIST Təqaüdçüsü Ana Maria Rey dedi: "Dolaşıqlıq ölçmə elminin müqəddəs zirvəsidir".
“Atomlar ən yaxşı sensorlardır. Onlar universaldır. Problem ondadır ki, onlar kvant cisimləridir, buna görə də onlar səs-küylüdürlər. Onları ölçəndə bəzən bir enerji vəziyyətində olurlar, bəzən başqa vəziyyətdə olurlar. Onları qarışdırdığınız zaman səs-küyü ləğv edə bilərsiniz."
Atomlar bir-birinə qarışdıqda, bir atomun başına gələnlər ona dolanan bütün atomlara təsir göstərir. Birlikdə işləyən onlarla - daha yaxşısı, yüzlərlə - dolaşıq atomların olması səs-küyü azaldır və ölçmədən gələn siqnal daha aydın, daha dəqiq olur. Dolaşan atomlar həmçinin elm adamlarının ölçmələrini yerinə yetirməli olduğu vaxtların sayını azaldır və nəticəni daha qısa müddətdə alır.
Spintronika - bədii konsepsiya. Şəkil krediti: Creativity103 via Flickr, CC BY 2.0
Dolaşmanın bir yolu spin sıxma adlanan prosesdir. Kvant fizikasının qaydalarına tabe olan bütün cisimlər kimi, atomlar da eyni anda bir neçə enerji vəziyyətində mövcud ola bilər, bu qabiliyyət superpozisiya kimi tanınır. Spin sıxma atomdakı bütün mümkün superpozisiya hallarını yalnız bir neçə ehtimala endirir. Bu, balonu sıxmağa bənzəyir.
Balonu sıxdığınız zaman ortası kiçilir və əks ucları böyüyür. Atomlar fırlanma ilə sıxıldıqda, onların ola biləcəyi mümkün vəziyyətlərin diapazonu bəzi istiqamətlərdə daralır, digərlərində isə genişlənir.
Ancaq bir-birindən daha uzaqda olan atomları birləşdirmək daha çətindir. Atomlar onlara ən yaxın olan atomlarla daha güclü qarşılıqlı təsirə malikdirlər; atomlar nə qədər uzaq olarsa, qarşılıqlı təsirləri bir o qədər zəifləyir.
Kvant fizikası, eksitonlar dənizi – bədii şərh. Şəkil krediti: Unsplash vasitəsilə Sigmund, pulsuz lisenziya
Bunu izdihamlı bir məclisdə danışan insanlar kimi düşünün. Bir-birinə ən yaxın olan insanlar söhbət edə bilərlər, lakin otaqdakılar onları çətinliklə eşidə bilir və məlumatlar sıradan çıxır. Elm adamları bütün atomlar qrupunun eyni anda bir-biri ilə danışmasını istəyirlər. Dünyadakı fiziklər bu qarışıqlığa nail olmaq üçün müxtəlif yollar axtarırlar.
Fizikaçı və JILA Təqaüdçüsü Adam Kaufman, "İcmada əsas məqsəd daha qısa müddətdə daha yüksək dəqiqlikli ölçmələr əldə etmək üçün dolaşıq vəziyyətlər yaratmaqdır" dedi.
Kaufman və Rey bu qarışıqlığa nail olmaq üçün təkliflər üzərində birlikdə çalışdılar, onlardan biri Rey və onun Avstriyadakı İnsbruk Universitetindəki əməkdaşları nümayiş keçirdilər.
Bu təcrübədə komanda 51 kalsium ionunu bir tələyə düzdü və onlar arasında qarşılıqlı əlaqə yaratmaq üçün lazerlərdən istifadə etdi. Bunun səbəbi, lazerin fononları, titrəmələri, atomlar arasında səs dalğaları kimi həyəcanlandırmasıdır.
Bu fononlar atomların xətti boyunca yayılaraq onları bir-birinə bağlayır. Əvvəlki təcrübələrdə bu əlaqələr statik olmaq üçün hazırlanmışdı, buna görə bir ion yalnız lazerlər tərəfindən işıqlandırıldıqda müəyyən bir ion dəsti ilə danışa bilərdi.
Kvant halları, kvant fizikası – bədii şərh. Şəkil krediti: Unsplash vasitəsilə Ben Wicks, pulsuz lisenziya
Xarici maqnit sahələrini əlavə etməklə, əlaqələri dinamik, böyüyən və zamanla dəyişən etmək mümkün oldu. Bu o demək idi ki, əvvəlcə yalnız bir ion qrupu ilə danışa bilən bir ion başqa bir qrupla danışa bildi və nəticədə massivdəki bütün digər ionlarla danışa bildi.
Rey deyir ki, bu məsafə probleminin öhdəsindən gəlir və qarşılıqlı təsirlər atomların xətti boyunca güclü idi. İndi bütün atomlar birlikdə işləyirdi və onlar yol boyu mesajı itirmədən bir-biri ilə danışa bilirdilər.
Qısa müddət ərzində ionlar bir-birinə qarışaraq spin-sıxılmış bir vəziyyət meydana gətirdi, lakin bir az daha çox vaxt keçdikcə pişik vəziyyətinə çevrildi. Bu vəziyyət Ervin Şrödinqerin superpozisiya haqqında məşhur düşüncə təcrübəsinə görə adlandırılmışdır. qutuda qapalı qalan pişik həm diri, həm də ölüdür qutu açılana və onun vəziyyəti müşahidə olunana qədər.
Atomlar üçün bir pişik vəziyyəti, atomların eyni zamanda yuxarı və aşağı iki diametral olaraq əks vəziyyətdə olduğu xüsusi bir superpozisiya növüdür. Rey qeyd edir ki, pişik halları çox qarışıqdır və bu, onları ölçmə elmi üçün xüsusilə əla edir.
Növbəti addım bu texnikanı iki ölçülü atom massivində sınamaq olacaq və atomların bu dolaşıq vəziyyətdə nə qədər qala biləcəyini yaxşılaşdırmaq üçün onların sayını artıracaq. Bundan əlavə, potensial olaraq alimlərə ölçmələri daha dəqiq və daha sürətli etməyə imkan verə bilər.
Spin-sıxıcı dolaşıqlıq mühüm ölçmə elmi aləti olan optik atom saatlarına da fayda verə bilər. Kaufman və onun JILA-dakı qrupu, NIST/JILA həmkarı Jun Ye-nin qrupunun əməkdaşları ilə birlikdə fərqli bir metodu sınaqdan keçirdilər. bu məsələdə başqa bir araşdırma Nature.
Tədqiqatçılar 140 stronsium atomunu atomları saxlamaq üçün bir işıq müstəvisi olan optik qəfəsə yüklədilər. Onlar atomları hər biri 16-70 atomdan ibarət kiçik alt qruplara yerləşdirmək üçün optik cımbız adlanan incə idarə olunan işıq şüalarından istifadə etdilər.
Yüksək güclü ultrabənövşəyi lazerlə onlar atomları adi “saat” vəziyyətinə və daha yüksək enerjili Rydberq vəziyyətinə uyğunlaşdırdılar. Bu texnika Rydberg sarğı adlanır.
Saat dövlət atomları izdihamlı ziyafətdəki sakit insanlar kimidir; başqaları ilə güclü əlaqə saxlamırlar. Lakin Rydberg vəziyyətində olan atomlar üçün ən kənar elektron atomun mərkəzindən o qədər uzaqdır ki, atom faktiki olaraq çox böyük ölçüdədir və bu, digər atomlarla daha güclü qarşılıqlı əlaqədə olmağa imkan verir.
İndi bütün partiya danışır. Bu spin-sıxma texnikası ilə onlar bütün 70 atom massivində dolaşıq yarada bilərlər.
Tədqiqatçılar 70 atomlu qruplar arasında tezlik ölçmələrini müqayisə etdilər və bu dolaşıqlığın standart kvant həddi kimi tanınan, dolaşıq olmayan hissəciklər üçün həddən aşağı dəqiqliyi yaxşılaşdırdığını aşkar etdilər.
Daha sürətli, daha dəqiq ölçmələr bu saatlara qaranlıq maddəni axtarmaq və daha yaxşı vaxt və tezlik ölçmələri yaratmaq üçün daha yaxşı sensorlar olmağa imkan verəcək.
Sənədlər:
Johannes Franke, Sean R. Mulidy, Raphael Kaubruegger, Florian Kranzl, Rainer Blatt, Ana Maria Rey, Manoj K. Joshi və Christian F. Roos. Sonlu diapazonlu qarşılıqlı təsirlər vasitəsilə optik keçidlərdə kvantla gücləndirilmiş hissetmə. Təbiət. 30 avqust 2023. DOI: 10.1038 / s41586-023-06472-z
William J. Eckner, Nelson Darkwah Oppong, Alec Cao, Aaron W. Young, William R. Milner, John M. Robinson, Jun Ye və Adam M. Kaufman. Optik saatda Rydberg qarşılıqlı təsirləri ilə fırlanma sıxılmasını həyata keçirmək. Təbiət. 30 avqust 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06360-6
Mənbə: NIST
