ทรงกลมแก้วที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 150 นาโนเมตร ถูกทำให้เย็นลงสู่สถานะพื้นดินควอนตัมที่เคลื่อนที่ได้โดยใช้แหนบแบบออปติคัล ความสำเร็จนี้ดำเนินการโดยนักฟิสิกส์ในออสเตรีย และอาจทำให้เราเข้าใกล้การทดสอบขีดจำกัดมหภาคของกลศาสตร์ควอนตัมมากขึ้น เทคนิคการทำความเย็นอาจนำไปสู่การทดลองทดลองแรงโน้มถ่วงควอนตัม
ในช่วงไม่กี่สิบปีที่ผ่านมา นักวิจัยประสบความสำเร็จอย่างมาก
ในการทำความเย็นอะตอมขนาดใหญ่เพื่อสร้างระบบที่แปลกใหม่ เช่น คอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ (BEC) ซึ่งทำให้ผู้สร้างได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2544 BEC เป็นกลุ่มของอะตอมที่ไม่มีปฏิกิริยาเย็นจัดซึ่งได้รวมตัวเป็นสถานะควอนตัมขนาดใหญ่เพียงสถานะเดียว ตอนนี้ นักฟิสิกส์ต้องการนำแนวคิดนี้ไปไกลกว่านี้โดยการทำให้ของแข็งเย็นลงซึ่งประกอบด้วยอะตอมจำนวนมากที่มีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรง
“ในของแข็ง คุณสามารถอัดอะตอมจำนวนเท่าๆ กับที่คุณมีในก๊าซเย็นจัดเป็นปริมาตรที่เล็กกว่าพันล้านเท่าได้” Marcus Aspelmeyer นักฟิสิกส์ควอนตัม แห่งมหาวิทยาลัยเวียนนา อธิบาย “นั่นเป็นวิธีธรรมชาติในการสร้างการทับซ้อนขนาดใหญ่ รัฐที่มีอะตอมมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในที่เดียวหรือที่อื่นซึ่งแทบจะเป็นไปไม่ได้ในก๊าซเย็นจัด”
ความท้าทายในการทดลอง
การศึกษาคุณสมบัติควอนตัมของของแข็งที่มีขนาดมหึมาได้ทำไปแล้วโดยการเชื่อมต่อวัตถุที่น่าสนใจกับออสซิลเลเตอร์ระดับนาโน วัตถุถูกทำให้สั่นพ้องด้วยออสซิลเลเตอร์ และระบบจะเย็นลงโดยการดึงโฟนอนออกอย่างระมัดระวัง ซึ่งเป็นควอนตัมของพลังงานการสั่นสะเทือน อย่างไรก็ตาม มีความท้าทายในการทดลองมากมายที่เกี่ยวข้องกับเทคนิคนี้ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการทำให้อุปกรณ์เย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำมาก
อีกวิธีหนึ่งคือการจำกัดวัตถุที่สั่นโดย
ใช้แสงในช่องแสง (แหนบแสง) แล้วลดการสั่นสะเทือนของวัตถุด้วยการระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ วิธีนี้ช่วยลดปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุกับโลกภายนอก ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์ไม่จำเป็นต้องเย็นลง กลุ่มต่างๆ รวมถึง Aspelmeyer ได้พยายามทำเช่นนี้ในอดีต โดยใช้เลเซอร์ตัวเดียวเพื่อดักจับวัตถุ และเลเซอร์ตัวที่สองเพื่อทำให้วัตถุเย็นลง อย่างไรก็ตาม แผนดังกล่าวไม่สามารถทำให้วัตถุแข็งขนาดใหญ่เย็นลงสู่สภาพพื้นดินได้
ในงานใหม่นี้ Aspelmeyer และเพื่อนร่วมงานใช้รูปแบบที่ง่ายกว่าที่เรียกว่าการระบายความร้อนด้วยโพรงโดยการกระเจิงที่เชื่อมโยงกัน ได้รับการพัฒนาในปี 2544 โดยสมาชิกในทีมVladan Vuleticซึ่งปัจจุบันอยู่ที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ เทคนิคนี้จัดตำแหน่งวัตถุที่โหนดของสนามคลื่นนิ่งที่สร้างขึ้นโดยเลเซอร์ตัวเดียวในช่องแสง ประโยชน์ของการตั้งค่านี้คือโฟตอนไม่สามารถกระจายออกจากวัตถุได้อย่างยืดหยุ่น
สโต๊ค กับ แอนตี้ สโต๊คอย่างไรก็ตาม มีกระบวนการ
กระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่นที่อ่อนแอกว่ามากสองกระบวนการที่สามารถเกิดขึ้นได้ หนึ่งคือการกระเจิงของสโตกส์ซึ่งส่งพลังงานจากโฟตอนไปยังวัตถุส่งผลให้โฟตอนพลังงานต่ำ กระบวนการที่สองเรียกว่าการกระเจิงของแอนติ-สโตกส์ และเกี่ยวข้องกับพลังงานที่วัตถุสูญเสียไป ทำให้เกิดโฟตอนพลังงานสูง นักวิจัยได้ระงับการกระเจิงของ Stokes ในขณะที่เพิ่มการกระเจิงของ Anti-Stokes ให้สูงสุด ซึ่งจะช่วยขจัดพลังงานออกจากวัตถุและทำให้เย็นลง
Uroš Delićแห่ง University of Vienna ซึ่งเป็นผู้เขียนหลักในบทความอธิบายงานกล่าวว่า “เมื่อเราใช้วิธีระบายความร้อนนี้กับระบบของเรา อัตราการทำความเย็นจะเพิ่มขึ้นทันทีถึงสิบเท่าหรือมากกว่านั้น” “อนุญาตให้ระบายความร้อนแบบสามมิติมากกว่าแค่ครั้งเดียว และโดยทั่วไปแล้วสามารถแก้ไขปัญหาทั้งหมดที่เรามีกับการตั้งค่าก่อนหน้านี้” เขากล่าวเสริม
อาร์เรย์อะตอมที่ออกแบบสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมหลังจากทำงานในห้องปฏิบัติการเป็นจำนวนมาก พวกเขาประสบความสำเร็จในการทำให้อนุภาคนาโนแก้วที่มีอะตอมประมาณ 100 ล้านอะตอมเย็นตัวลงจนเป็นสถานะพื้นดินที่เคลื่อนที่ได้ ในขณะที่รูปแบบที่ใช้การสัมผัสทางกลสำหรับการทำความเย็นจำเป็นต้องมีการระบายความร้อนด้วยความเย็นอย่างสม่ำเสมอ การทดลองในปัจจุบันได้ดำเนินการโดยใช้อุปกรณ์ที่อุณหภูมิห้อง ขณะนี้นักวิจัยหวังว่าจะใช้ลูกแก้วที่แยกออกมาในสถานะพื้นดินเคลื่อนที่เพื่อดำเนินการจัดการที่อาจทำได้ยากหรือเป็นไปไม่ได้ “ด้วยแสงเลเซอร์ เราสามารถเปลี่ยนภูมิทัศน์ที่อาจเกิดขึ้นได้โดยพลการ” Aspelmeyer กล่าว “หากอนุภาคในสถานะพื้นฮาร์โมนิกเห็นศักยภาพที่ไม่เป็นเชิงเส้น เราจะสร้างสถานะที่ไม่ใช่แบบคลาสสิกโดยอัตโนมัติ สิ่งเหล่านี้เป็นสิ่งที่คุณไม่สามารถทำได้โดยพื้นฐานกับออสซิลเลเตอร์โซลิดสเตตแบบหนีบ” ในที่สุด นักวิจัยต้องการศึกษาวัตถุที่มีขนาดใหญ่และหนาแน่นพอที่จะสร้างสนามโน้มถ่วงที่ตรวจจับได้
James Millenจาก King’s College London รู้สึกตื่นเต้นกับผลลัพธ์ที่ได้ “นี่เป็นก้าวแรกสู่การทำบางสิ่งเช่นการทดลองควอนตัม double slit กับบางสิ่งที่มีขนาดใหญ่อย่างแท้จริง” เขากล่าว “นั่นจะบอกคุณได้ว่ากลศาสตร์ควอนตัมทำงานในระดับมวลนี้หรือไม่ มีเหตุผลหลายประการที่ผู้คนคิดว่ามันอาจไม่ใช่ และการปรับเปลี่ยนทางทฤษฎีทุกประเภทสำหรับกลศาสตร์ควอนตัมที่จะถูกตัดออกหากคุณทำการทดลองนั้นได้ อย่างไรก็ตาม คุณไม่สามารถทำการทดลองใดๆ เพื่อทดสอบกลศาสตร์ควอนตัมได้ จนกว่าคุณจะทำขั้นตอนแรกในการทำให้อนุภาคเย็นลงสู่สถานะพื้นเคลื่อนที่ของพวกมัน”
Credit : cateringiperque.com cdmasternow.com cheaplinksoflondonshop.com conviviosfraternos.com cookwatchus.net craniopharyngiomas.net cubmasterchris.info digitalbitterness.com dward3.com edmontonwarhammerleague.com
