Φυσική κατάφεραν να πετύχουν κάτι ιδιαίτερα δύσκολο. Μέτρησαν τον μαγνητικό παλμό στην καρδιά ενός ατόμου, όταν αυτή εναλλάσσεται μεταξύ κβαντικών καταστάσεων, σε χώρο εργαστηρίου. Οι φυσικοί έκαναν χρήση ενός μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας, ώστε να παρατηρήσουν ηλεκτρόνια καθώς κινούνται σε συγχρονισμό με τον πυρήνα ενός ατόμου τιτανίου-49, κάτι που τους επέτρεψε να υπολογίσουν τη διάρκεια του μαγνητικού παλμού του πυρήνα, μεμονωμένα.
«Αυτά τα ευρήματα», γράφουν στην εργασία τους, «δίνουν μια εικόνα σε ατομική κλίμακα για τη φύση της χαλάρωσης του πυρηνικού σπιν και είναι σημαντικά για την ανάπτυξη ατομικά συναρμολογημένων πλατφορμών qubit».
To σπιν χρησιμοποιείται από τους φυσικούς για να περιγράψουν την κβαντική εκδοχή της στροφορμής. Εκτός από την περιγραφή της θεμελιώδης συμπεριφοράς των μαγνητών, συχνά αποτελεί και την βάση για τους κβαντικούς υπολογιστές, ως bit πληροφορίας, το γνωστό qubit, των κβαντικών υπολογιστών.
Όταν πολυάριθμα υποατομικά σωματίδια δονούνται σε μια κβαντική καταιγίδα, συμβάλλουν στη συνολική περιστροφή ενός πυρήνα ατόμου, αν και η ανατροπή των περιστροφών στο σύνολό τους, επηρεάζονται εύκολα από το περιβάλλον του ατόμου. Το να γνωρίζουμε όμως τα χαρακτηριστικά της συλλογικής κατάστασης περιστροφής, χωρίς την επιρροή του περιβάλλοντος, προσφέρει στους μηχανικούς ένα νέο είδος qubit, για να πειραματιστούν.
Η παρατήρηση της κατάστασης σπιν ενός πυρήνα, χωρίς να επηρεάζεται από εξωτερικούς παράγονται όμως, θέτει ένα πραγματικό δίλημμα. Μια ομάδα με επικεφαλής τους φυσικούς Evert Stolte και Jinwon Lee του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου Delft στην Ολλανδία σκέφτηκε ότι ίσως είναι σε θέση να χρησιμοποιήσουν τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο ως υποκατάστατο.
Πριν από αρκετά χρόνια, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν αυτό που είναι γνωστό ως υπερλεπτή αλληλεπίδραση μεταξύ ηλεκτρονίων και του πυρήνα τους ως οδηγό, χωρίς να χρειάζεται να παρέμβουν άμεσα στον μαγνητικό χορό του.
«Η γενική ιδέα είχε αποδειχθεί πριν από μερικά χρόνια, χρησιμοποιώντας την λεγόμενη υπερλεπτή αλληλεπίδραση μεταξύ των σπιν των ηλεκτρονίων και των πυρήνων», εξηγεί ο φυσικός Sander Otte του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου του Ντελφτ. «Ωστόσο, αυτές οι πρώιμες μετρήσεις ήταν πολύ αργές για να καταγράψουν την κίνηση του πυρηνικού σπιν με την πάροδο του χρόνου».
Για να το αντισταθμίσουν, οι φυσικοί ανέπτυξαν ένα σχήμα παλμικής μέτρησης, όπου ένα τηλεσκόπιο σάρωσης σήραγγας μετρά ένα άτομο με γνωστό σπιν στον πυρήνα του, σε σύντομους παλμούς με ένα διάλειμμα ενδιάμεσα, αντί να κάνουν μια συνεχή μέτρηση.
Δείτε πως θα γίνεται η διάγνωση με το δάχτυλο στο κινητό όλων μας (video) – Δωρεάν
Επέλεξαν για το πείραμά τους ένα σταθερό, φυσικό ισότοπο του τιτανίου που ονομάζεται τιτάνιο-49. Αυτό το ισότοπο είναι μια δημοφιλής επιλογή για την έρευνα της πυρηνικής φυσικής επειδή ο πυρήνας του έχει ενδιαφέρουσες μαγνητικές αντιδραστικές ιδιότητες και ένα ισχυρό σπιν που οι επιστήμονες μπορούν να χειριστούν για να κατανοήσουν τη συμπεριφορά των ατομικών πυρήνων.
Με την νέα παλμική μέτρηση που ανέπτυξαν, οι Stolte και Lee παρατήρησαν την εναλλαγή του ατόμου σε πραγματικό χρόνο στην ένδειξη που εμφανιζόταν στην οθόνη του υπολογιστή τους. Σύμφωνα με αυτό, μέτρησαν πως υπάρχει ένα χρονικό διάστημα περίπου πέντε δευτερολέπτων μεταξύ κάθε εναλλαγής, μια μέτρηση που είναι ταχύτερη από ότι ταλαντωνόταν ο πυρήνας.
«Καταφέραμε να δείξουμε ότι αυτή η αλλαγή αντιστοιχεί στην εναλλαγή του πυρηνικού σπιν από τη μία κβαντική κατάσταση στην άλλη και πίσω», λέει ο Stolte. «Το πρώτο βήμα σε οποιοδήποτε νέο πειραματικό όριο είναι η δυνατότητα μέτρησής του, και αυτό καταφέραμε να κάνουμε για τα πυρηνικά σπιν σε ατομική κλίμακα».
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Nature Communications.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
