Just seitse footoni võib toimida nagu miljardid

Photosynthesis: Crash Course Biology #8 (Juuli 2019).

Anonim

Ainult käputäis osakeste süsteem toimib täpselt nagu suuremad süsteemid, mis võimaldab teadlastel hõlpsamini kvantkäitumist uurida.

Enamik aineid, mida füüsikud uurivad, koosnevad suurest osakeste arvust - nii suured, et praktiliselt ei erine tühja kätega seotud omadused ega bassein puhta vee väärtusega. Isegi üks tilk võib sisaldada rohkem kui kvadrillioni osakesi.

See muudab suhteliselt lihtsaks oma kollektiivse käitumise mõistmise. Näiteks külmub tilk ja bassein vesi temperatuuril 0 ° C ja keeda temperatuuril 100 ° C.

Sellised "faasiüleminekud" (st vedelast tahkest või vedelast gaasist) võivad sellistes suurtes süsteemides ilmneda järsult, kuna nii palju osakesi kaasatakse, et nad kõik korraga toimivad. Aga mis on palju väiksemates süsteemides? Kui seal on vaid käputäis osakesi, siis kehtivad samad reeglid faasiliikumiste kohta?

Nendele küsimustele vastamiseks tegi Londoni Imperiaalse kolleegiumi, Oxfordi ülikooli ja Karlsruhe Tehnoloogiainstituudi (Saksamaa) teadlaste meeskond vähem kui 10 footoni süsteemi, mis on valguse põhilised osakesed. Tänapäeval avaldatud loodusfüüsikas avaldatud katsetulemused näitavad, et faasiüleminekud esinevad endiselt süsteemides, mis koosnevad keskmiselt vaid seitsmest osakesest.

Osakeste kvantkäitumise uurimine on tunduvalt lihtsam väiksemate osakestega, nii et need väikesed süsteemid toimivad faaside üleminekul, on teadlased paremini võimelised uurima kvant omadusi, nagu sidusus.

Imperiali füüsika osakonna juhataja dr Robert Nyman ütles: "Nüüd, kui on kinnitatud, et" faasiületamine "on ikkagi sellistes väikestes süsteemides kasulik mõiste, võime uurida omadusi sellistes võimalustes, mis ei oleks suuremad süsteemid.

"Eelkõige võime uurida aine ja selle kvantaine omadusi - mis juhtub, kui faasiüleminekud toimuvad kõige väiksemas ulatuses."

Süsteem, mida meeskond õppis, oli footide Bose-Einsteini kondensaat (BEC). BEC-d moodustuvad, kui kvantosakeste gaas on nii külm või nii lähedal, et neid enam ei eristata. BEC on tahkete ainete, vedelike, gaaside või plasmade puhul väga erinevate omadustega ainete olek.

Meeskond leidis, et süsteemi lisades fotoneid, toimub faasiülekanne BEC-sse siis, kui süsteem jõuab umbes seitsmest fotonnist, vähem kui mõnes teises BEC-s, mida varem nägime. Olles nii väike, oli üleminek vähem järsu kui suuremates süsteemides nagu veekogud, kuid asjaolu, et üleminek toimus prognoositavas kohas, peegeldab hästi ka suuremaid süsteeme.

Süsteem loodi lihtsa aparaadiga - mõned fluorestsentsvärvid ja kõverad peeglid. See tähendab, et kvantifunktsioonide uurimisel on kasulik ka süsteem, mida saab kasutada spetsiaalsete valgusolukordade loomiseks ja manipuleerimiseks.

Kaasautor Dr. Florian Mintert Imperial Füüsika osakonnast ütles: "Parima kahe erineva maailmaga - faasiüleminekute füüsika ja väikeste süsteemide ligipääs - see ebatavaline valgusallikas on potentsiaalsete rakenduste mõõtmine või tundmine "

menu
menu