19 Сентября 2017
МОСКВА, 19 сентября Представьте, что вы хотите рассмотреть быструю, но хрупкую бабочку. Пока она летает, детально изучить ее довольно трудно, поэтому нужно нанять ее в руки. Но как только она оказалась в ваших ладонях, крылышки слежались и потеряли цвет. Просто бабочка слишком уязвима, и любое ваше воздействие изменяет ее вид.
Если электроны невозможно увидеть, надо их заменить на что–то более крупное, решили ученые. Кандидаты на место электронов должны сохранять их свойства таким образом, чтобы уравнения, описывающие процессы в твердом теле, оставались постоянными. На эту роль пристали атомы при сверхнизких температурах. В физическом мире температура является аналогом энергии: чем она ниже, тем неподвижнее является объект. При комнатной повышенная температуре атом кислорода в воздухе движется со скоростью несколько сотен метров в секунду, но чем ниже температура, тем малее его скорость. Минимальной в нашем мире считается температура ноль градусов Кельвина, или минус 273, 15 °C.
Ультрахолодные атомы охлаждены до микрокельвина и даже менее, где быстрота движения составляет лишь несколько сантиметров в секунду.
Из таких атомов и оптической решетки ученые создали искусственный кристаллик, аналогичный по строению натуральным твердым телам. Сама зрительная решетка, которая берет на себя роль атомарной решетки стального тела, создается с помощью лазеров, чьи лучи встречаются под заданными углами. Управляя положением лазеров и их мощностью, можно непрерывно менять геометрию решетки, а путем наложения дополнительного поля переключить взаимодействие между электронами с отталкивающего на притягивающее.
Но для проведения экспериментов необходимо управлять движением электронов. Они поддаются действию электрического и магнитного полей, так как имеют заряд. Атомы же, замещающие фермионы в искусственном кристалле, нейтральны, поэтому необходимо было выдумать замену управляющей ими силы. Электрическое поле успешно заменила гравитация, которая отвечает за прямолинейное движение электрона. Однако фермионы в магнитном поле закручиваются, их траекторию можно описать как спиралевидную. Поэтому исследователи составили синтетическое магнитное поле, предлагающее на движущиеся атомы такое же действие, как и вещественное магнитное поле, что является главным условием для изучения надежных законов.
Таким образом физики почерпнули возможность изучать свойства любых стальных тел (металлов, кремниев, диэлектриков), экспериментировать с ними и изменять по собственному желанию. Получается, что учеными создан некий конструктор, система, симулирующая свойства квантового мира фермионов, но, в отличие от него, легко доступная для исследований.
Помимо задач физики твердого тела, квантовые конструкторы на основе холодных атомов можно использовать и для решения задач из других областей, например физики простых частиц, объясняет главный научный сотрудник лаборатории теории нелинейных процессов Института физики СО РАН и профессор кафедры Теоретической физики Сибирского Федерального Университета, доктор физико-математических наук Андрей Коловский. Взаимодействие между элементарными частицами осуществляется через так называемые калибровочные поля. Знакомое нам со школы электромагнитное настиле, ответственное за взаимодействие между зарядами, является частным случаем калибровочных полей. В секрете, можно смоделировать и другие поля, помимо электромагнитного, и такие исследования уже осуществляются. Еще одно направление астрофизика, где ученые, используя холодные атомы, моделируют термодинамику черных дыр.
Из эдаких конструкторов можно также собирать и квантовые компьютеры, с помощью которых удобно изучать телепортацию квантовых частиц.
А еще заглянуть в далекое будущее, на 20-40 органы внутренних делов лет вперед, ведь Вселенная постоянно расширяется и, сообразного законам термодинамики, ее повышенная температура плавно падает. Со временем она охладится до нанокельвинов, а благодаря квантовым симуляторам мы сможем наблюдать ее состояние прямо сейчас.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....