Sadece yedi foton, milyarlar gibi davranabilir
Kiraz Mevsimi Yakında FOX'ta! (Haziran 2019).
Sadece bir avuç parçacıktan oluşan bir sistem, bilim adamlarının kuantum davranışını daha kolay bir şekilde incelemelerine izin veren daha büyük sistemler gibi davranır.
Fizikçilerin çalıştığı çoğu madde, çok sayıda parçacıktan oluşur; bu nedenle, bir damlanın ya da yüzme havuzunun saf su değerinin davranışsal özellikleri arasında esasen hiçbir fark yoktur. Tek bir damla bile bir katrilyon partikülü içerebilir.
Bu, onların kolektif davranışlarını anlamak nispeten kolaydır. Örneğin, hem damla hem de havuzdaki su 0 ° C'de donar ve 100 ° C'de kaynar.
Bu gibi 'faz geçişleri' (yani sıvıdan katıya veya sıvıdan gaza) bu büyük sistemlerde aniden ortaya çıkabilir, çünkü çok sayıda parçacık, hepsinin aynı anda hareket ettiği görülmüştür. Peki ya çok daha küçük sistemlerde? Sadece bir parça parçacık olduğunda, aynı faz geçiş kuralları geçerli midir?
Bu soruları yanıtlamak için, Imperial College London, Oxford Üniversitesi ve Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü, Almanya'dan bir bilim insanı ekibi, ışığın temel parçacıkları olan 10 fotondan daha az bir sistem oluşturdu. Bugün Nature Physics'te yayınlanan deneylerinin sonuçları, faz geçişlerinin hala ortalama olarak ortalama yedi parçacıktan oluşan sistemlerde meydana geldiğini göstermektedir.
Parçacıkların kuantum davranışlarını incelemek, daha az parçacık ile çok daha kolaydır, bu nedenle bu küçük sistemlerde faz geçişleri meydana geldiği gerçeği, bilim adamlarının tutarlılık gibi kuantum özellikleri daha iyi çalışabilmeleri anlamına gelir.
Liderlik Bölümü'nden Prof. Dr. Robert Nyman, “Şimdi, 'faz geçişi' nin bu kadar küçük sistemlerde hala yararlı bir kavram olduğunu teyit ettiğini, özelliklerin daha büyük bir şekilde mümkün olmayacak şekillerde keşfedilebileceğini söyledi. sistemleri.
"Özellikle, madde ve ışığın kuantum özelliklerini inceleyebiliriz - faz geçişleri meydana geldiğinde en küçük ölçekte olan şey."
Çalışılan ekip, fotonların Bose-Einstein kondensi (BEC) idi. BEC'ler, bir kuantum parçacıkları gazı çok soğuk ya da birbirine çok yakın olduklarında, artık ayırt edilemedikleri zaman oluşurlar. Bir BEC, katı, sıvı, gaz veya plazmadan çok farklı özelliklere sahip bir madde halidir.
Ekip, sisteme fotonlar ekleyerek, sistemde yedi foton'a ulaştıktan sonra, daha önce görülen herhangi bir BEC'den daha az bir kere, bir BEC'e bir faz geçişinin gerçekleşeceğini bulmuştur. Bu kadar küçük olmakla, geçiş su havuzları gibi daha büyük sistemlere göre daha az ani oldu, ancak geçişin öngörülebilir bir noktada gerçekleşmesi gerçeği büyük sistemleri iyi yansıtıyordu.
Sistem basit bir aparatla oluşturulmuştur - bazı floresan boya ve kavisli aynalar. Bu, kuantum özelliklerin çalışmasında yararlı olmanın yanı sıra, sistemin özel ışık durumlarını yaratmak ve manipüle etmek için kullanılabileceği anlamına gelir.
İmparatorluğun Fizik Bölümü'nden Prof. Dr. Florian Mintert, “İki farklı dünyanın en iyisi ile - faz geçişlerinin fiziği ve küçük sistemlerin erişilebilirliği ile - bu sıra dışı ışık kaynağının ölçüm veya algılama alanında potansiyel uygulamaları var.."