Cercetatorii demonstreaza o legatura cuantica intre lumina si mecanica

0

O imagine la microscop a unui tor de sticlă care este mai mic decât un fir de păr. E conectat la piciorul său prin patru spiţe, pentru a fi siguri că structura poate vibra pentru cât mai mult timp, ca un diapazon. Lumina poate circula pâna la de câteva milioane de ori în jurul structurii. În timp ce lumina se loveşte de marginile structurii exercită o mică forţă asupra sticlei, ce poate influenţa vibraţiile structurii.

Folosind un laser pentru a lumina obiectul, fizicienii de la Laboratoarele de Fotonică şi Măsurători Cuantice EPFL au demonstrat că e posibil să controlezi mişcarea unui obiect, destul de mare pentru a putea fi văzut cu ochiul liber, la nivelul la care mecanica cuantică domină. Amortizarea presiunii radiaţiei luminii laser micşorează mişcarea în timp ce interacţiunea dintre lumină şi mişcarea oscilatorie formează o conexiune intimă.

Cercetătorii susţinuţi de către Fundaţia Naţională Elveţiană pentru Ştiinţă (FNES) au prezentat un sistem microscopic în care lumina poate fi convertită în oscilaţie mecanică şi invers. Această inteacţiune este atât de puternică încât este posibil să poţi controla mişcarea oscilatorie la nivelul la care mecanica cuantică guvernează comportarea obiectelor.

Încă de la începutul secolului 20 se ştie că mişcarea obiectelor este în ultimă măsură guvernată de legile mecanicii cuantice, care prefaţează câteva fenomene intrigante: Un obiect poate fi simultan în două locuri în acelaşi timp şi ar trebui întotdeauna să se mişte puţin chiar şi la temperatura de 0 absolut – oscilatorul se spune că este atunci în starea cuantică de bază. Cu toate acestea nu am experimentat asemenea comportamente  în obiectele pe care le vedem în jurul nostru în viaţa de zi cu zi.

Ciudăţeniile cuantice
Într-adevăr, efectele cuantice pot fi observate numai în cadrul sistemelor izolate foarte bine, unde legătura cu mediul înconjurător este extrem de mic. În cazul obiectelor mari legăturile ce nu pot fi întrerupte şterg rapid proprietăţile cuantice, în cadrul unui proces numit decoerenţa. până recent, oamenii de ştiinţă nu au putut observa trăsăturile mecanicii cuantice decât sisteme minuscule, precum molecule singulare sau atomi. Acum, o echipă de fizicieni de la de la Laboratoarele de Fotonică şi Măsurători Cuantice EPFL condusă de către Tobias Kippenberg a demonstrat că e posibil să controlezi mişcarea unui obiect suficient de mare pentru a fi văzut cu ochiul liber la nivelul la care mecanica cuantică domină. Au reuşit acest lucru iluminând obiectul cu lumină laser. Rezultatele sunt publicate în revista Nature.

Un inel de lumină
Structura în cauză este un tor de sticlă ce cu grijă a fost modelat pe un microcip cu diametrul de 30 micrometri (cam jumătate din diametrul unui fir de păr) ce poate vibra la frecvenţe clar stabilite. În acelaşi timp funcţionează ca o pistă de curse pentru lumină, ce poate circula în jurul circumferinţei torului. Atunci când lumina atinge marginea torului, aceasta exercită o forţă slabă de presiune pe suprafaţa sticlei, un efect denumit presiunea radiaţiei. Cu toate că această forţă este foarte slabă, în aceste sructuri poate deveni sesizabilă pentru că lumina circulă în jurul ei de câteva milioane de ori până dispare. În acest fel forţa din presiunea radiaţiei poate face inelul să se mişte într-o vibraţie similară cu cea cauzată de un deget pe marginea unui pahar de vin. Dar poate de asemenea să diminueze vibraţia şi astfel să micşoreze oscilaţia mişcării.

Rece, şi mai rece, …
Răcirea este crucială pentru atingerea regimului de mişcare de mecanică cuantică pentru că în mod normal acesta este acoperit de diverse fluctuaţii termale aleatorii. Din acest motiv, structura este adusă la o temperatură de mai puţin de un grad peste zero absolut. Atenuarea provenită din presiunea radiaţiei cauzată de lumina laser aplicată torului micşorează mişcarea cu un extra factor de 100. Oscilaţia este atât de mult diminuată încât îi ia un timp destul de mare pentru a fi măsurat în starea cuantică de bază. Dar ce este şi mai important: Interacţiunea dintre lumină şi mişcarea oscilatorului poate fi atât de puternică încât cele două formează o conexiune puternică. Un mic stimul sub forma unui puls luminos se poate transforma complet într-o mică vibraţie. Pentru prima dată această transformare din lumină în mişcare are loc într-un timp care este atât de mic încât proprietăţile cuantice ale pulsului iniţial de lumină nu se pierd prin procesul de decoerenţă. Prin depăşirea decoerenţei, rezultatele prezente oferă o metodă puternică pentru a controla proprietăţile cuantice ale mişcării oscilatorii şi pentru a putea observa efectele mecanicii cuantice în acţiune în obiecte construite de mâna omului.

Sursa: Fundaţia Naţională Elveţiană pentru Ştiinţă

Imaginea: K-Lab/EPFL

sursa:

Află cum să scapi de oboseală și să-ți crești nivelul de vitalitate

Share.

About Author

Razvan este arhitect, ca si formare, un spirit-ghid, ca si chemare.

Leave A Reply

Citește articolul precedent:
LUNA – cararea luminoasa a noptii

Dacă ridici ochii spre cer şi cu siguranţă ai făcut-o de atâtea ori ai să vezi astrul zilei şi astrul...

Închide