માટે નવી શક્યતાઓ ખોલી રહી છે ક્વોન્ટમ સેન્સર્સ, પરમાણુ ઘડિયાળો અને મૂળભૂત ભૌતિકશાસ્ત્રના પરીક્ષણો, JILA સંશોધકોએ મોટી સંખ્યામાં કણોના ગુણધર્મોને "એન્ટેલિંગ" અથવા એકબીજા સાથે જોડવાની નવી રીતો વિકસાવી છે. પ્રક્રિયામાં, તેઓએ વિક્ષેપકારક, ઘોંઘાટીયા વાતાવરણમાં પણ અણુઓના મોટા જૂથોને વધુ સચોટ રીતે માપવાની રીતો ઘડી છે.
ઉચ્ચ સચોટતા અણુ ઘડિયાળો, જેમ કે અહીં દર્શાવવામાં આવેલ "ટ્વીઝર ઘડિયાળ", "સ્પિન સ્ક્વિઝિંગ" તરીકે ઓળખાતી પદ્ધતિ દ્વારા અણુઓને નવી રીતે જોડવા અથવા "ફસાવવા"થી પરિણમી શકે છે, જેમાં અણુની એક મિલકત વધુ ચોક્કસ રીતે માપવામાં આવે છે. સામાન્ય રીતે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સમાં ચોકસાઇ ઘટાડીને મંજૂરી આપવામાં આવે છે જેમાં પૂરક મિલકત માપવામાં આવે છે. છબી ક્રેડિટ: એસ. બરોઝ/જીલા
માં પ્રકાશિત થયેલા પેપરની જોડીમાં નવી તકનીકોનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે કુદરત JILA એ નેશનલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ સ્ટાન્ડર્ડ્સ એન્ડ ટેકનોલોજી (NIST) અને યુનિવર્સિટી ઓફ કોલોરાડો બોલ્ડરની સંયુક્ત સંસ્થા છે.
સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રી અને JILA અને NIST ફેલો, અના મારિયા રેએ જણાવ્યું હતું કે, "એન્ટેંગલમેન્ટ એ માપન વિજ્ઞાનની પવિત્ર ગ્રેઇલ છે."
“અણુઓ અત્યાર સુધીના શ્રેષ્ઠ સેન્સર છે. તેઓ સાર્વત્રિક છે. સમસ્યા એ છે કે તેઓ ક્વોન્ટમ ઑબ્જેક્ટ્સ છે, તેથી તેઓ આંતરિક રીતે ઘોંઘાટીયા છે. જ્યારે તમે તેમને માપો છો, ત્યારે ક્યારેક તેઓ એક ઊર્જા સ્થિતિમાં હોય છે, ક્યારેક તેઓ બીજી સ્થિતિમાં હોય છે. જ્યારે તમે તેમને ફસાવશો, ત્યારે તમે અવાજને રદ કરવાનું મેનેજ કરી શકો છો."
જ્યારે અણુઓ ફસાઈ જાય છે, ત્યારે એક અણુનું શું થાય છે તે તેની સાથે ફસાયેલા તમામ અણુઓને અસર કરે છે. ડઝનેક — હજુ પણ વધુ સારા, સેંકડો — એકસાથે કામ કરતાં ગૂંચવાયેલા અણુઓ હોવાને કારણે અવાજ ઓછો થાય છે, અને માપનમાંથી સંકેત વધુ સ્પષ્ટ, વધુ નિશ્ચિત બને છે. ફસાયેલા અણુઓ પણ ઓછા સમયમાં પરિણામો મેળવવા માટે, વૈજ્ઞાનિકોને તેમના માપન ચલાવવાની જરૂર પડે તે સંખ્યા ઘટાડે છે.
સ્પિન્ટ્રોનિક્સ - કલાત્મક ખ્યાલ. છબી ક્રેડિટ: સર્જનાત્મકતા103 દ્વારા Flickr, CC BY 2.0
ફસાવાનું એક માધ્યમ સ્પિન સ્ક્વિઝિંગ નામની પ્રક્રિયા સાથે છે. ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્રના નિયમોનું પાલન કરતા તમામ પદાર્થોની જેમ, અણુઓ એકસાથે અનેક ઊર્જા અવસ્થાઓમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જે ક્ષમતા સુપરપોઝિશન તરીકે ઓળખાય છે. સ્પિન સ્ક્વિઝિંગ અણુમાં તે તમામ સંભવિત સુપરપોઝિશન સ્થિતિઓને માત્ર થોડી શક્યતાઓ સુધી ઘટાડે છે. તે બલૂનને સ્ક્વિઝ કરવા જેવું છે.
જ્યારે તમે બલૂનને સ્ક્વિઝ કરો છો, ત્યારે વચ્ચેનો ભાગ સંકોચાય છે અને સામેનો છેડો મોટો થાય છે. જ્યારે અણુઓને સ્ક્વિઝ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સંભવિત સ્થિતિઓની શ્રેણી તેઓ કેટલીક દિશામાં સાંકડી હોઈ શકે છે અને અન્યમાં વિસ્તરે છે.
પરંતુ એકબીજાથી વધુ દૂર રહેલા અણુઓને ફસાવવું મુશ્કેલ છે. અણુઓ તેમની નજીકના અણુઓ સાથે મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ધરાવે છે; અણુઓ જેટલા દૂર હશે, તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ નબળી પડશે.
ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્ર, ઉત્તેજનનો સમુદ્ર - કલાત્મક અર્થઘટન. છબી ક્રેડિટ: અનસ્પ્લેશ દ્વારા સિગ્મંડ, મફત લાઇસન્સ
ભીડવાળી પાર્ટીમાં વાત કરતા લોકો જેવા વિચારો. એકબીજાની સૌથી નજીકના લોકો વાતચીત કરી શકે છે, પરંતુ રૂમની આજુબાજુના લોકો તેમને ભાગ્યે જ સાંભળી શકે છે, અને માહિતી લાઇનની નીચે ખોવાઈ જાય છે. વૈજ્ઞાનિકો ઇચ્છે છે કે અણુઓનો આખો પક્ષ એક જ સમયે એકબીજા સાથે વાત કરે. વિશ્વભરના ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ તે ગૂંચવણને હાંસલ કરવા માટે વિવિધ માર્ગો શોધી રહ્યા છે.
"સમુદાયમાં એક મુખ્ય ધ્યેય એ છે કે ટૂંકા સમયમાં ઉચ્ચ-ચોકસાઇ માપન મેળવવા માટે ફસાયેલા રાજ્યોનું નિર્માણ કરવું," એડમ કોફમેન, ભૌતિકશાસ્ત્રી અને JILA ફેલોએ જણાવ્યું હતું.
કૌફમેન અને રેએ તે ગૂંચવાડો હાંસલ કરવા દરખાસ્તો પર સાથે મળીને કામ કર્યું, જેમાંથી એક ઓસ્ટ્રિયામાં યુનિવર્સિટી ઓફ ઈન્સબ્રુક ખાતે રે અને તેના સહયોગીઓએ પ્રદર્શન કર્યું.
આ પ્રયોગમાં, ટીમે 51 કેલ્શિયમ આયનોને એક જાળમાં બાંધ્યા અને તેમની વચ્ચે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવા માટે લેસરનો ઉપયોગ કર્યો. આ એટલા માટે છે કારણ કે લેસર ફોનોન્સને ઉત્તેજિત કરે છે, અણુઓ વચ્ચેના ધ્વનિ તરંગો જેવા કંપન.
તે ફોનોન અણુઓની રેખા નીચે ફેલાય છે, તેમને એકબીજા સાથે જોડે છે. અગાઉના પ્રયોગોમાં, આ કડીઓ સ્થિર હોવા માટે એન્જીનિયર કરવામાં આવી હતી, તેથી જ્યારે લેસરો દ્વારા પ્રકાશિત કરવામાં આવે ત્યારે આયન માત્ર ચોક્કસ આયનોના સમૂહ સાથે વાત કરી શકે છે.
ક્વોન્ટમ સ્ટેટ્સ, ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સ - કલાત્મક અર્થઘટન. છબી ક્રેડિટ: અનસ્પ્લેશ દ્વારા બેન વિક્સ, મફત લાઇસન્સ
બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રો ઉમેરીને, લિંક્સને ગતિશીલ, વધતી અને સમય સાથે બદલાતી બનાવવાનું શક્ય હતું. તેનો અર્થ એ થયો કે એક આયન જે આયનોના માત્ર એક જૂથ સાથે વાત કરી શકે છે તે પહેલા એક અલગ જૂથ સાથે વાત કરી શકે છે, અને છેવટે, તે એરેમાંના અન્ય તમામ આયનો સાથે વાત કરવામાં સક્ષમ છે.
આ તે અંતરની સમસ્યાને દૂર કરે છે, રે કહે છે, અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અણુઓની રેખા નીચે બધી રીતે મજબૂત હતી. હવે બધા અણુઓ એકસાથે કામ કરી રહ્યા હતા, અને તેઓ બધા રસ્તામાં સંદેશ ગુમાવ્યા વિના એકબીજા સાથે વાત કરી શકતા હતા.
થોડા સમયની અંદર, આયનો ફસાઇ ગયા, એક સ્પિન-સ્ક્વિઝ્ડ સ્ટેટ બનાવે છે, પરંતુ થોડા વધુ સમય સાથે, તેઓ બિલાડીની સ્થિતિમાં પરિવર્તિત થયા. આ રાજ્યનું નામ એર્વિન શ્રોડિન્જરના સુપરપોઝિશન વિશેના પ્રખ્યાત વિચાર પ્રયોગ માટે રાખવામાં આવ્યું છે, જેમાં તેમણે પ્રસ્તાવ મૂક્યો હતો કે બોક્સમાં ફસાયેલી બિલાડી જીવંત અને મૃત બંને છે જ્યાં સુધી બોક્સ ખોલવામાં ન આવે અને તેની સ્થિતિ જોઈ શકાય.
અણુઓ માટે, બિલાડીની સ્થિતિ એ એક ખાસ પ્રકારની સુપરપોઝિશન છે જેમાં અણુઓ એક જ સમયે ઉપર અને નીચેની જેમ બે ડાયમેટ્રિકલી વિરોધી સ્થિતિમાં હોય છે. કેટ સ્ટેટ્સ ખૂબ જ ગૂંચવાયેલા છે, રે નિર્દેશ કરે છે, જે તેમને માપન વિજ્ઞાન માટે ખાસ કરીને મહાન બનાવે છે.
આગળનું પગલું એ અણુઓની દ્વિ-પરિમાણીય શ્રેણી સાથે આ તકનીકને અજમાવવાનું છે, અણુઓની સંખ્યામાં વધારો કરીને તેઓ આ ગૂંચવાયેલી સ્થિતિમાં કેટલો સમય રહી શકે છે. વધુમાં, તે સંભવિતપણે વૈજ્ઞાનિકોને વધુ ચોક્કસ અને વધુ ઝડપી માપન કરવા દે છે.
સ્પિન-સ્ક્વિઝિંગ એન્ટેન્ગલમેન્ટ ઓપ્ટિકલ અણુ ઘડિયાળોને પણ લાભ આપી શકે છે, જે માપન વિજ્ઞાનનું મહત્વનું સાધન છે. કોફમેન અને JILA ખાતેના તેમના જૂથે, NIST/JILA સાથીદાર જુન યેના જૂથના સહયોગીઓ સાથે, એક અલગ પદ્ધતિનું પરીક્ષણ કર્યું આ અંકમાં બીજો અભ્યાસ કુદરત
સંશોધકોએ 140 સ્ટ્રોન્ટીયમ અણુઓને ઓપ્ટિકલ જાળીમાં લોડ કર્યા, અણુઓને પકડી રાખવા માટે પ્રકાશનું એક જ વિમાન. તેઓએ અણુઓને 16 થી 70 અણુઓના નાના પેટાજૂથોમાં મૂકવા માટે પ્રકાશના બારીક નિયંત્રિત બીમનો ઉપયોગ કર્યો, જેને ઓપ્ટિકલ ટ્વીઝર કહેવાય છે.
હાઇ-પાવર અલ્ટ્રાવાયોલેટ લેસર સાથે, તેઓએ અણુઓને તેમની સામાન્ય "ઘડિયાળ" સ્થિતિ અને ઉચ્ચ-ઊર્જા રાયડબર્ગ રાજ્યની સુપરપોઝિશનમાં ઉત્તેજિત કર્યા. આ તકનીકને રાયડબર્ગ ડ્રેસિંગ કહેવામાં આવે છે.
ઘડિયાળ રાજ્યના અણુઓ ગીચ પાર્ટીમાં શાંત લોકો જેવા છે; તેઓ અન્ય લોકો સાથે મજબૂત રીતે સંપર્ક કરતા નથી. પરંતુ રાયડબર્ગ રાજ્યના અણુઓ માટે, સૌથી બહારનું ઇલેક્ટ્રોન અણુના કેન્દ્રથી એટલું દૂર છે કે અણુ અસરકારક રીતે કદમાં ખૂબ મોટો છે, જે તેને અન્ય અણુઓ સાથે વધુ મજબૂત રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવા સક્ષમ બનાવે છે.
હવે આખો પક્ષ વાત કરી રહ્યો છે. આ સ્પિન-સ્ક્વિઝિંગ ટેકનિક સાથે, તેઓ 70 અણુઓના સમગ્ર એરેમાં ફસાઇ શકે છે.
સંશોધકોએ 70-અણુ જૂથો વચ્ચેના આવર્તન માપનની તુલના કરી અને જાણવા મળ્યું કે આ ગૂંચવાડાએ અસ્પષ્ટ કણોની મર્યાદાથી નીચે ચોકસાઇ સુધારી છે, જે પ્રમાણભૂત ક્વોન્ટમ મર્યાદા તરીકે ઓળખાય છે.
ઝડપી, વધુ ચોક્કસ માપન આ ઘડિયાળોને ડાર્ક મેટર શોધવા અને બહેતર સમય અને આવર્તન માપન કરવા માટે વધુ સારા સેન્સર બનવાની મંજૂરી આપશે.
પેપર્સ:
જોહાન્સ ફ્રેન્ક, સીન આર. મુલેડી, રાફેલ કૌબ્રુએગર, ફ્લોરિયન ક્રાંઝલ, રેનર બ્લેટ, એના મારિયા રે, મનોજ કે. જોશી અને ક્રિશ્ચિયન એફ. રૂસ. મર્યાદિત-શ્રેણી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા ઓપ્ટિકલ સંક્રમણો પર ક્વોન્ટમ-ઉન્નત સેન્સિંગ. કુદરત. ઑગસ્ટ 30, 2023. DOI: 10.1038 / s41586-023-06472-z
વિલિયમ જે. એકનર, નેલ્સન ડાર્કવાહ ઓપ્પોંગ, એલેક કાઓ, એરોન ડબલ્યુ. યંગ, વિલિયમ આર. મિલ્નર, જ્હોન એમ. રોબિન્સન, જૂન યે અને એડમ એમ. કૌફમેન. ઓપ્ટિકલ ઘડિયાળમાં રાયડબર્ગની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ સાથે સ્પિન સ્ક્વિઝિંગને સમજવું. કુદરત. ઑગસ્ટ 30, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06360-6
સોર્સ: એનઆઈએસટી
