Физики хватают отдельные атомы в революционном эксперименте

Впервые в области квантовой физики исследователи Университета Отаго «держали» отдельные атомы на месте и наблюдали ранее невиданные сложные взаимодействия атомов.

Множество оборудования, включая лазеры, зеркала, вакуумную камеру и микроскопы, собранные в физическом факультете Отаго, а также много времени, энергии и опыта, предоставили ингредиенты для исследования этого квантового процесса, который до сих пор был понят только через статистическое усреднение из экспериментов с участием большого числа атомов.

Эксперимент улучшает современные знания, предлагая ранее невидимый взгляд на микроскопический мир, удивляя исследователей результатами.

«Наш метод включает в себя индивидуальное улавливание и охлаждение трех атомов до температуры около одной миллионной Кельвина с использованием высокофокусированных лазерных лучей в гипервакуумированной (вакуумной) камере размером с тостер. Мы медленно объединяем ловушки, содержащие атомы для создания контролируемых взаимодействий, которые мы измеряем », — говорит доцент Миккель Ф. Андерсен из физического факультета Отаго.

Когда три атома сближаются, два образуют молекулу, и все получают удар от энергии, выделяющейся в процессе. Камера микроскопа позволяет увеличивать и просматривать процесс.

«Два атома сами по себе не могут образовать молекулу, для химии требуется по крайней мере три. Наша работа — первый раз, когда этот основной процесс был изучен изолированно, и оказалось, что он дал несколько удивительных результатов, которые не ожидались от «Предыдущие измерения в больших облаках атомов», — говорит доктор наук Марвин Вейланд, возглавлявший эксперимент.

Например, исследователи смогли увидеть точный результат отдельных процессов и наблюдали новый процесс, когда два атома покидают эксперимент вместе. До сих пор этот уровень детализации невозможно было наблюдать в экспериментах со многими атомами.

«Работая на этом молекулярном уровне, мы теперь знаем больше о том, как атомы сталкиваются и реагируют друг с другом. С развитием этот метод может обеспечить способ создания и контроля отдельных молекул определенных химических веществ», — добавляет Вейланд.

Доцент Андерсен признает, что метод и уровень детализации могут быть трудны для понимания теми, кто находится за пределами мира квантовой физики, однако он считает, что приложения этой науки будут полезны при разработке будущих квантовых технологий, которые могут повлиять на общество так же сильно, как и предыдущие квантовые. технологии, которые позволили современные компьютеры и Интернет.

«Исследования в области возможности создания меньшего и меньшего масштаба привели к значительному развитию технологий за последние десятилетия. Например, это единственная причина, по которой современные мобильные телефоны обладают большей вычислительной мощностью, чем суперкомпьютеры 1980-х годов. чтобы проложить путь к возможности строить в очень малом масштабе, а именно в атомном масштабе, и я очень рад видеть, как наши открытия повлияют на технологические достижения в будущем», — говорит доцент Андерсен.

Результаты эксперимента показали, что для образования молекулы потребовалось гораздо больше времени, чем ожидалось, по сравнению с другими экспериментами и теоретическими расчетами, которые в настоящее время недостаточны для объяснения этого явления. Хотя исследователи предлагают механизмы, которые могут объяснить несоответствие, они подчеркивают необходимость дальнейших теоретических разработок в этой области экспериментальной квантовой механики.

Это совершенно новозеландское исследование было в основном проведено сотрудниками физического факультета Университета Отаго при содействии физиков-теоретиков из Университета Месси.

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Университетом Отаго . Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Ссылка на журнал :

1. Л. А. Рейнольдс, Э. Шварц, У. Эблинг, М. Вейланд, Дж. Бранд, М. Ф. Андерсен. Прямые измерения столкновительной динамики в триадах с холодным атомом . Physical Review Letters , 2020; 124 (7) DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.073401