Kolejny krok w kierunku obserwacji efektów kwantowych w makro skali

Małe obiekty, takie jak elektrony czy atomy, zachowują się zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej, podlegają takim efektom jak: superpozycja, splątanie, teleportacja.

Funkcja falowa, wizja artystyczna. Duże w nowym oknie >>

Jednym z najbardziej interesujących pytań współczesnej nauki jest czy obiekty makroskopowe takie jak filiżanka kawy również mogą wykazywać takie zachowanie. Naukowcy z Uniwersytetu Delft zrobili kolejny krok do obserwacji efektów kwantowych w temperaturze pokojowej na dużych obiektach. Stworzyli wysoce refleksyjną membranę, widoczną gołym okiem która może wibrować praktycznie bez straty energii w temperaturze pokojowej. Zespół publikuje swoje wyniki w Physical Review Letters.

Naukowcy o bujaniu: "Wyobraź sobie, że odpychasz raz zwyczajną huśtawkę. A teraz wyobraź sobie, że dzięki temu odepchnięciu huśtawka buja się bez przerwy przez dekadę. Stworzyliśmy milimetrowej wielkości właśnie taką huśtawkę, na podkładce silikonowej."

Wytrzymałość na rozciąganie: "Aby móc to zrobić, umieściliśmy ultra cienki ceramiczny film na silikonowej podkładce. To pozwoliło nam poddać milimetrowej wielkości, super czułe membrany (tylko osiem razy szersze od DNA) rozciąganiu wytworzonemu przez ciśnienie miliona psi, ciśnienie takie jest o 10 000 razy większe niż w oponie samochodowej. Zdolność membran do ogromnego gromadzenia energii i ultra cienka geometria, pozwala im oscylować przez niewiarygodnie długi czas, rozpraszając tylko mała część energii."

Aby efektywnie monitorować ruch membran laserem, muszą one ekstremalnie dobrze odbijać światło. W tak cienkiej strukturze można to osiągnąć jedynie tworząc meta-materiał tzn. po przez trawienie, stworzyć mikroskopijny wzór w membranie.

Super lustra: "Tworzymy właśnie najcieńsze super-lustra zbudowane kiedykolwiek, z współczynnikiem odbicia przekraczającym 99%. Dzięki temu te membrany są również najlepszymi na świecie czujnikami siły w temperaturze pokojowej, z czułością wystarczającą do zmierzenia grawitacyjnego przyciągania między dwojgiem ludzi odległym od siebie o 100km."

Temperatura pokojowa: "Wysokie zdolności odbijania w kombinacji z ekstremalną izolacją, pozwalają nam, po raz pierwszy, przezwyciężyć jedną z największych przeszkód w obserwacji fizyki kwantowej w odniesieniu do obiektów masywnych, w temperaturze pokojowej."

Ponieważ nawet pojedynczy kwant wibracji jest wystarczający do podgrzania i zniszczenia kruchej kwantowej natury dużych obiektów (w procesie zwanym dekoherencją), naukowcy muszą polegać na dużych kriogenicznych systemach, aby chłodzić i izolować ich kwantowe urządzenia od ciepła otoczenia. Tworzenie masywnych kwantowych oscylatorów odpornych na dekoherencję w temperaturze pokojowej pozostaje nieuchwytnym wyczynem dla fizyków.

Kwestia ta jest bardzo interesująca z fundamentalnego, teoretycznego punktu widzenia. Jednym z najdziwniejszych przewidywać mechaniki kwantowej jest, że rzeczy mogą przebywać w dwóch miejscach w tym samym czasie. Tak zwana kwantowa superpozycja (bo o niej tu mówimy), została jasno udokumentowana dla małych obiektów takich jak atomy czy elektrony, wiemy, że w tej skali teoria kwantowa działa bardzo dobrze.

Filiżanka kawy: Ale co najciekawsze, mechanika kwantowa mówi nam również, że te same zasady powinny także dotyczyć makroskopowych obiektów: filiżanka kawy może być jednocześnie na stole i w zmywarce, w tym samym czasie, albo kot Schrodingera może być w kwantowej superpozycji, będąc żywym i martwym jednocześnie. Ale nie jest to coś co obserwujemy w naszym codziennym życiu: filiżanka jest zwykle, czysta albo brudna a kot żywy albo martwy. Eksperymentalna obserwacja przysłowiowego kota, który jest jednocześnie żywy i martwy w temperaturze pokojowej, to ciągle otwarte pytanie w mechanice kwantowej. Krok uczyniony w tych badaniach może być przyczynkiem do ewentualnego obserwowania "kwantowych kotów" w skali i temperaturze codziennego życia.

Żródło: phys.org