Mokslas ir IT

2021.11.27 12:02

Mokslininkai pademonstravo keistą kvantinį efektą, galintį materiją paversti nematoma

LRT.lt2021.11.27 12:02

Pagaliau buvo parodytas prieš dešimtmečius prognozuotas keistas kvantinis efektas – pakankamai atšaldžius ir sutankinus dujų debesį, jis tampa nematomas, rašo „Live Science“.

Masačiusetso technologijos instituto (MIT) tyrėjai lazeriais suspaudė ir atvėsino ličio dujas iki tokio tankio ir tokios temperatūros, kad jos išsklaidytų mažiau šviesos. Mokslininkų teigimu, jei pavyktų dujas atšaldyti iki dar artimesnės absoliučiam nuliui (- 273,15 laipsnio Celsijaus) temperatūros, jos taptų visiškai nematomos.

Šis keistas efektas yra pirmasis Paulio blokavimu vadinamo kvantinio mechaninio proceso pavyzdys.

„Stebėjome ypatingą, bet labai paprastą Paulio blokavimo formą, t. y. kai atomui neleidžiama daryti to, ką paprastai daro visi atomai – išsklaidyti šviesą, – savo pareiškime teigia vyresnysis tyrimo autorius MIT fizikos profesorius Wolfgangas Ketterle. – Tai buvo pirmas kartas, kai aiškiai pamatėme, kad šis efektas egzistuoja, ir pirmas naujo reiškinio fizikoje stebėjimas.“

Naujasis metodas galėtų būti naudojamas kuriant šviesą slopinančias medžiagas, padedančias išvengti informacijos praradimo kvantiniuose kompiuteriuose.

Paulio blokavimas yra grįstas Paulio draudimo principu, kurį 1925 m. suformulavo garsus austrų fizikas Wolfgangas Paulis. W. Paulis teigė, kad tos pačios kvantinės būsenos fermionai – protonai, neutronai ir elektronai – negali egzistuoti toje pačioje erdvėje.

Kvantiniame lygmenyje yra baigtinis energijos būsenų skaičius, todėl atomuose esantys elektronai susitelkia į aukštesnio energijos lygio sluoksnius, skriejančius vis toliau aplink atomų branduolius. Tas pats principas palaiko atskirų atomų elektronus atokiai vienas nuo kito, nes, remiantis 1967 m. publikuotu straipsniu, kurio vienu iš autorių buvo garsus fizikas Freemanas Dysonas, jei neveiktų draudimo principas, visi atomai kolapsuotų, išskirdami didžiulį kiekį energijos.

Tai ne tik sąlygoja stulbinančius periodinės lentelės elementų pokyčius, bet ir neleidžia mums, stovintiems ant žemės, prasmegti iki pat Žemės centro.

Draudimo principas galioja ir dujų atomams. Paprastai atomai dujose turi pakankamai erdvės judėti, tad net jei tai būtų fermionai, kuriuose veikia Paulio draudimo principas, dujose yra pakankamai laisvų energijos lygių, į kuriuos jie galėtų pereiti, kad šis principas per daug netrikdytų jų judėjimo. Pasiuntus fotoną arba šviesos dalelę į santykinai šiltą dujų debesį, bet kuris atomas, į kurį jis atsitrenktų, galėtų su juo sąveikauti, sugerdamas jo impulsą, peršokdamas į kitą energijos lygį ir išsklaidydamas fotoną.

Tačiau dujas atvėsinus, vaizdas pasikeičia. Atomai netenka energijos, užpildydami visas žemiausias būsenas ir sudarydami Fermio jūra vadinamą medžiagos tipą. Dalelės apsupa viena kitą ir nebegali pakilti į aukštesnius energijos lygius arba nukristi iki žemesnių.

Tuomet, anot tyrėjų, jos susigrūda vienoje vietoje it žiūrovai sausakimšoje koncertų salėje ir neturi kur trauktis, jei į jas kas atsitrenkia. Dalelės taip susigrūdusios, kad nebegali sąveikauti su šviesa. Į tokį dujų debesį siunčiama šviesa yra veikiama Paulio blokavimo ir tiesiog praeina kiaurai per jį.

„Atomas gali išsklaidyti fotoną tik tada, kai turi galimybę sugerti jo smūgio jėgą, peršokdamas į kitą poziciją, – aiškina W. Ketterle. – Jei visos kitos pozicijos yra užimtos, jis nebegali sugerti smūgio ir išsklaidyti fotono. Todėl atomas tampa permatomas.“

Dabar, pagaliau pademonstravę Paulio blokavimo efektą, mokslininkai galėtų jį panaudoti kurdami šviesą slopinančias medžiagas. Tai būtų ypač naudinga siekiant pagerinti kvantinių kompiuterių efektyvumą, kurį šiuo metu neigiamai veikia kvantinė dekoherencija – šviesa perduodamos kvantinės informacijos praradimas kompiuterio aplinkoje.

Mums svarbus tikslumas ir sklandi tekstų kalba. Jei pastebėjote klaidų, praneškite portalas@lrt.lt