Opäť sme sa priblížili k lepšiemu pochopeniu tajomného kvantového sveta. Fyzikom z ETH Zürich sa len nedávno podarilo uväzniť pomocou laserového svetla miniatúrnu guličku a spomaliť jej pohyb až na najnižší kvantovo mechanický stav. Výskum by v budúcnosti mohol pomôcť pri štúdii kvantových efektov v makroskopickom svete, ale i pri zostavovaní nesmierne citlivých senzorov. Na tému upozornil portál Phys.

Makroskopický objekt v kvantovom svete

Ak nebudeme zachádzať príliš do detailov, môžeme povedať, že kvantová mechanika opisuje správanie sa extrémne malých objektov, kde neplatia zákony Newtonovej fyziky. Inými slovami, exotické správanie hmoty opisované kvantovou mechanikou je zrejme až pri extrémne malých objektoch.

Dôkazom tohto čudného správania môže byť slávny Youngov pokus, alebo dvojštrbinový experiment, kde pôvodne vedci nasmerovali svetelný lúč cez dve úzke štrbiny a po prechode štrbinami na protiľahlej stene pozorovali vzniknutý interferenčný vzor. Po zakrytí jednej zo štrbín sa očakávalo, že dôjde k polovičnému zníženiu intenzity, namiesto toho sa však začal objavovať oveľa jednoduchší obraz, jednoduchá difrakcia.

NEPREHLIADNI
Po 50 rokoch sa podarilo overiť správnosť jednej z najväčších teórií Stephena Hawkinga

Prečo sa však elementárne častice môžu správať podľa kvantovej fyziky ako vlny a byť na viacerých miestach súčasne? Prečo svet okolo nás dodržuje úplne iné pravidla? Hoci presné odpovede stále nepoznáme, vedcom sa darí čoraz častejšie prinútiť makroskopické objekty správať sa „kvantovo“.

Experiment, aký sme tu ešte nemali

Najnovšie sa to podarilo vedcom z ETH Zürich, o čom svedčí aj ich štúdia publikovaná v žurnále Nature, ktorým sa pod vedením Felixa Tebbenjohannsa a Lukasa Novotného podarilo spomaliť pohyb „relatívne veľkej“ guličky až na najnižší kvantovo mechanický stav.

Konkrétne išlo o sklenenú guličku s priemerom iba 100 nanometrov, čo je mimochodom asi 1000-krát menej ako hrúbka ľudského vlasu. I keď pre teba tieto rozmery môžu byť malé, vedz, že z pohľadu kvantového sveta ide skutočne o „obrovský“ objekt zložený až z 10 miliónov atómov. Takže „prinútiť“ takýto „veľký“ objekt správať sa „kvantovo“ je pre fyzikov naozaj nesmierny úspech, upozorňuje portál ScienceAlert.

A) Predmetná gulička vznášajúca sa pomocou lasera, B) Laserova pasca, v ktorej k

Vedci teda zobrali túto niekoľko nanometrov veľkú guličku, umiestnili ju do vákuovej nádoby a pomocou laserového lúča ju nechali vznášať sa v optickej pasci. Celá nádoba bola schladená na -269 °C, aby sa minimalizoval tepelný pohyb.

„Aby bolo možné sledovať kvantové efekty, bolo potrebné nanoguličku ešte viac spomaliť, a to až do jej základného pohybového stavu,“ cituje portál ScienceAlert autora štúdie Tebbenjohannsa. Pohybová energia teda musela byť redukovaná až do bodu, kedy vzťah kvantovej mechanickej neurčitosti zakázal ďalšiu redukciu.

NEPREHLIADNI
Masívny úspech vedcov: Najmenšia gravitačná sila v histórii úspešne zmeraná. Zjednotí známe fyzikálne teórie?

Vedci pomocou interferenčných vzorov generovaných laserovými lúčmi vypočítali presnú polohu guličky vo vnútri nádoby a pomocou dvoch elektród a elektrického poľa spomaľovali pohyb tohto objektu.

Hoci podobné výsledky boli dosiahnuté už v predchádzajúcich výskumoch, nový prístup to dokázal i bez tzv. optického rezonátoru, čím sa zároveň upravila citlivosť na rušenie a bolo možné po vypnutí laseru sledovať celý objekt izolovane. To je obzvlášť dôležité pre skúmanie a realizáciu interferenčných experimentov, všetko však ešte vyžaduje veľa času a skúmania.

„Toto je prvýkrát, čo sa takáto metóda použila na riadenie kvantového stavu makroskopického objektu vo voľnom priestore,“ hovorí profesor fotoniky Lukas Novotný zo švajčiarskeho ETH Zürich.

Výskum a levitácia tejto guličky kryogénnom prostredí predstavuje obrovský skok vpred pri sledovaní kvantových efektov na makroskopickej škále.