Уперше отримано зображення перетворення одиночних атомів на квантові хвилі (фото)

Частинки і хвилі в нашому Всесвіті можуть перебувати у двох цих станах. Цей виклик очікуваній двійковій системі присутній всюди, але він стає вирішальним на квантовому рівні. Корпускулярно-хвильовий дуалізм вивчають уже понад 100 років за допомогою безлічі експериментів, але тепер фізики змогли зняти його на камеру. Результати дослідження були опубліковані на сервері препринтів arXiv, пише IFLScience.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

На першому у своєму роді зображенні фізики змогли зафіксувати той момент, коли окремі атоми літію починають діяти як хвильові пакети. Рівняння, які керують цим, були відомі з перших днів існування квантової механіки, тож науковці точно знали, як зміниться система. Проблема полягала в техніці зображення.

Автори дослідження порівнюють свій метод візуалізації з пікселями звичайної цифрової камери. Спочатку вони охолодили атоми літію майже до абсолютного нуля за допомогою лазерів. Ці атоми були ув'язнені в оптичну решітку, але у них було достатньо часу, щоб перетворитися на локалізований хвильовий пакет.

Оптичну решітку відключили, щоб хвиля атомів могла розширитися перед повторним увімкненням, що перетворило хвильовий пакет знову на стан частинки. Захоплений атом при цьому світився і це можна було побачити за допомогою мікроскопа. Метод візуалізації повторювали багато разів і таким чином вчені змогли оцінити всю щільність хвильової функції.

За словами фізиків, хвильові пакети є одним із найпростіших проявів корпускулярно-хвильового дуалізму. Але незважаючи на це, було проведено мало експериментів, присвячених розширенню хвильового пакету однієї частинки для спостереження його напряму і з хорошою роздільною здатністю.

Автори дослідження кажуть, що, з огляду на добре вивчену поведінку хвильових пакетів, вони є чудовим об'єктом для перевірки нового методу візуалізації.

Вченим вдалося продемонструвати надійність нового методу, який дає змогу отримати уявлення про квантову поведінку хвильових пакетів, не чинячи на них серйозного впливу. Тепер вчені хочуть використовувати свій метод для вивчення більш своєрідних станів матерії.

Вчені планують використовувати свій метод візуалізації, щоб безпосередньо вивчити мікроскопічні властивості сильно взаємодіючих ферміонних систем. Поведінка цих систем набагато менш вивчена, ніж поведінка хвильових пакетів.

Науковці вважають, що це може поліпшити розуміння таких станів матерії, які присутні в надзвичайно щільних нейтронних зірках, а також плазма елементарних частинок, виявлених незабаром після Великого вибуху.

Як уже писав Фокус, фізики змогли створити синтетичні алмази всього за 2,5 години без застосування величезного тиску. Зараз на це йдуть тижні. А природні алмази взагалі формуються протягом мільярдів років у надрах Землі.

Також Фокус писав про те, що космічний телескоп NASA виявив загадкову планету-ізгой, яка вільно летить у космосі.