SLOBODA JE ODGOVORNOST

24. svibnja 2022.

SLOBODA JE ODGOVORNOST

Zagreb, HR 17 C

UČINAK KVANTNOG BUMERANGA U NEUREĐENIM SUSTAVIMA

Kvantni bumerang Weld Laba pokazao je početni odlazak i povratak litijevog atoma na prosječni nulti moment unatoč periodičnim energetskim “udarcima” iz njihovog kvantnog rotora. 

Kvantni bumerang Weld Laba pokazao je početni odlazak i povratak litijevog atoma na prosječni nulti moment unatoč periodičnim energetskim “udarcima” iz njihovog kvantnog rotora.
Foto: Roshan Sajjad

Fizičari s UC Santa Barbara postali su prvi koji su eksperimentalno promatrali neobično ponašanje kvantnog svijeta: efekt “kvantnog bumeranga” koji se javlja kada se čestice u neuređenom sustavu izbace sa svojih lokacija. Umjesto da slete negdje drugdje kao što bi se moglo očekivati, oni se okreću i vraćaju na mjesto odakle su krenuli i tu se zaustavljaju.

“To je zapravo suštinski kvantno-mehanički učinak” – rekao je atomski fizičar David Weld, čiji je laboratorij proizveo učinak i dokumentirao ga u radu objavljenom u Physical Review X. “Ne postoji klasično objašnjenje za ovaj fenomen.”

Efekt bumeranga ima svoje korijene u fenomenu koji je fizičar Philip Anderson predvidio prije otprilike 60 godina, ponašanju izazvanom poremećajem zvanom Andersonova lokalizacija koje inhibira transport elektrona. Poremećaj, prema glavnom autoru članka Roshanu Sajjadu, može biti rezultat nesavršenosti u atomskoj rešetki materijala, bilo da se radi o nečistoćama, defektima, neusklađenostima ili drugim poremećajima.

“Ova vrsta poremećaja spriječit će ih da se u osnovi rasprše bilo gdje” – rekao je Sajjad. Kao rezultat toga, elektroni se lokaliziraju umjesto da skaču duž rešetke, pretvarajući ono što bi inače bio vodljivi materijal u izolator. Iz ovog prilično ljepljivog kvantnog stanja, prije nekoliko godina se predviđalo da će nastati kvantni bumerang efekt.

Lansiranje poremećenih elektrona dalje od njihova lokaliziranog položaja i praćenje kako bi se promatralo njihovo ponašanje iznimno je teško, ako ne i trenutno nemoguće, ali Weld Lab je imao nekoliko trikova u rukavu. Koristeći plin od 100.000 ultrahladnih litijevih atoma suspendiranih u stajaćem valu svjetlosti i “udarajući” ih, oponašajući takozvani kvantni udarni rotor “slično klatnu koji se povremeno udara”, rekli su i Weld i Sajjad, istraživači su uspjeli stvoriti rešetku i nered, te promatrati lansiranje i povratak bumeranga. Radili su u prostoru zamaha, metodi koja izbjegava neke eksperimentalne poteškoće bez promjene temeljne fizike bumerang efekta.

“U normalnom, pozicijskom prostoru, ako tražite efekt bumeranga, svom elektronu biste dali konačnu brzinu, a zatim biste provjerili je li se vratio na isto mjesto”, objasnio je Sajjad. “Budući da smo u prostoru zamaha, počinjemo sa sustavom koji ima nula prosječnog zamaha i tražimo neki odlazak nakon čega slijedi povratak na nulti prosječni zamah.”

Koristeći svoj kvantno udarni rotor, pulsirali su rešetkom nekoliko desetaka puta, primjećujući početni pomak prosječnog momenta. Međutim, s vremenom i unatoč ponovljenim udarcima, prosječni zamah vratio se na nulu.

“To je jednostavno vrlo bitno drugačije ponašanje” – rekao je Weld. U klasičnom sustavu, objasnio je, rotor koji je udaren na ovaj način reagirao bi konstantnim upijanjem energije iz udaraca. “Uzmite kvantnu verziju iste stvari i ono što vidite je da počinje dobivati ​​energiju u kratkim vremenima, ali u nekom trenutku jednostavno prestaje i više nikada ne apsorbira energiju. To postaje ono što se zove dinamički-lokalizirano stanje.” Ovo ponašanje – rekao je, posljedica je valne prirode kvantnih sustava.

“Taj komad stvari koji odgurujete nije samo čestica, već je i val, a to je središnji koncept kvantne mehanike” – objasnio je Weld. “Zbog te prirode poput valova, podložan je smetnjama, a ispostavilo se da ta smetnja u ovom sustavu stabilizira povratak i prebivanje na početku.” U svom eksperimentu, istraživači su pokazali da bi povremeni udarci nogom koji pokazuju simetriju vremenskog preokreta proizveli bumerang efekt, ali bi nasumično vremenski raspoređeni udarci uništili i simetriju, a kao rezultat, i učinak bumeranga.

Sljedeći za Weld Lab: Ako su pojedinačni efekti bumeranga cool, koliko bi bila zabava imati nekoliko interakcijskih efekata bumeranga?

“Postoji mnogo teorija i pitanja o tome što bi se trebalo dogoditi – bi li interakcije uništile bumerang? Postoje li zanimljivi učinci mnogih tijela?” rekao je Sajjad. “Druga uzbudljiva stvar je da zapravo možemo koristiti sustav za proučavanje bumeranga u višim dimenzijama.”

Istraživanje na ovom projektu također su proveli Jeremy L. Tanlimco, Hector Mas, Eber Nolasco-Martinez i Ethan Q. Simmons na UCSB-u; Tommaso Macrì na Universidade Federal do Rio Grande do Norte i Patrizia Vignolo na Université Côte d’Azur.

Izvor: PhysOrg // Sonia Fernandez, Sveučilište Kalifornije – Santa Barbara

Prijašnja objava

JE LI SE ENERGETIKA DO SADA CIJENILA DOVOLJNO?

Slijedeća objava

NAGRADA „MIKO TRIPALO“ ZA 2021. g.

Možda će Vas interesirati i ovo:

KLJUČ ZA RAZUMIJEVANJE EGZOPLANETARNIH SUSTAVA

Visoko na brežuljku s pogledom na francusku rivijeru ponovo se okuplja nekolicina astronoma na podnevni obrok. Iako je najpoznatija po bogatim i slavnim te nizu holivudskih zvijezda koje se svake godine spuštaju na filmski festival u […]

SVE ĆE TO ROBOTI RIJEŠITI

Max Hodak jedan je od osnivača neurotehnološke tvrtke Neuralink Corporation zajedno s Elonom Muskom i drugima. Prema futurizmu, preminuli osnivač Neuralinka sumorno je shvatio sudbinu čovječanstva jer su roboti i umjetna inteligencija postajali sve poznatiji. Rekao je da […]