Για πρώτη φορά οι επιστήμονες κατάφεραν να μετρήσουν τις θέσεις των μεμονωμένων ατόμων στον τρισδιάστατο χώρο, με μία μόνο εικόνα. Αυτό ανοίγει έναν νέο τρόπο παρατήρησης κβαντικών αλληλεπιδράσεων στα διάφορα υλικά.

Η νέα προσέγγιση αναπτύχθηκε από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Βόννης στην Γερμανία και στο Πανεπιστήμιο του Bristol, του Ηνωμένου Βασιλείου. Χρησιμοποιεί μια ακριβή διάταξη μικροσκοπίας κβαντικού αερίου, παγιδεύοντας άτομα ενός εξαιρετικά ψυχρού αέριο, μέσα σε κλωβούς φωτός. Με αυτό μετράει τα χαρακτηριστικά τους σε αυτό που είναι γνωστό ως κβαντική μικροσκοπία αερίων.

Δεν είναι η πρώτη φορά που χαρτογραφούμε άτομα σε τρεις διαστάσεις, όμως οι τρέχουσες μέθοδοι απαιτούν πολλαπλές λήψεις για μία εικόνα και δεν διαθέτουν την υψηλή ανάλυση που έχουμε πλέον στην κβαντική μικροσκοπία αερίων. Τώρα, η διαδικασία μπορεί να γίνει πολύ πιο γρήγορα, με όλες τις διαστάσεις να μετρούνται σε ένα μόνο κλικ.

Οι προηγούμενες μέθοδοι κβαντικής μικροσκοπίας αερίων έδινε περιγραφές ατομικών διατάξεων σε ένα επίπεδο, δίνοντας στους ερευνητές την θέση τους στον άξονα Χ και Ψ. Τώρα, παραμορφώνοντας το φως που εκπέμπεται από τα άτομα, οι ερευνητές έχουν προσθέσει και τον άξονα Z που περιγράφει το άτομο σε τρεις διαστάσεις.

“Αντί για τις τυπικές στρογγυλές κηλίδες, η παραμόρφωση στην κυματομορφή παράγει ένα σχήμα αλτήρα στην κάμερα που περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό του”, λέει ο κβαντικός φυσικός Andrea Alberti, από το Πανεπιστήμιο της Βόννης.

“Η κατεύθυνση προς την οποία δείχνει αυτός ο αλτήρας εξαρτάται από την απόσταση που έπρεπε να διανύσει το φως από το άτομο στην κάμερα.”

Με τον υπολογισμό αυτής της απόστασης μέσω κάποιων έξυπνων μαθηματικών τύπως που εφαρμόζονται στο σχήμα του «αλτήρα», μπορεί να μετρηθεί η θέση των ατόμων κατά μήκος του άξονα Ζ. Αυτή η νέα πληροφορία δίνει στους ερευνητές πιο δυνατό εργαλεία για κβαντικά πειράματα όπου απαιτείται ακρίβεια και έλεγχος.

«Ο αλτήρας λειτουργεί κάπως σαν τη βελόνα σε μια πυξίδα, επιτρέποντάς μας να διαβάσουμε τη συντεταγμένη Z σύμφωνα με τον προσανατολισμό της», λέει ο κβαντικός φυσικός Dieter Meschede από το Πανεπιστήμιο της Βόννης.

Άτομα
Πώς εμφανίζονται τα άτομα στο μικροσκόπιο. (Ινστιτούτο Εφαρμοσμένης Φυσικής/Πανεπιστήμιο της Βόννης)

Η ομάδα είναι πεπεισμένη πως η τεχνική που έχει αναπτύξει μπορεί να βελτιωθεί περισσότερο και με τις κατάλληλες ρυθμίσεις θα μπορεί να λειτουργήσει και σε άλλους τομείς, πέραν της κβαντικής μικροσκοπίας αερίων.

Παράλληλα, μέσω αυτής της μεθόδου θα καταστεί δυνατή η ανάπτυξη νέων κβαντικών υλικών, που θα είναι σχεδιασμένα για να πετύχουν συγκεκριμένα αποτελέσματα. Υπάρχουν πάρα πολλά που δεν γνωρίζουμε ακόμα για το Σύμπαν σε τόσο μικρή κλίμακα και αυτό είναι ένα βήμα που σίγουρα θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε περισσότερα.

Μυστήρια λάμψη (spiral) στο βόρειο σέλας οφείλεται στους πυραύλους της SpaceX

«Για παράδειγμα, θα μπορούσαμε να διερευνήσουμε ποια κβαντομηχανικά φαινόμενα συμβαίνουν όταν τα άτομα είναι διατεταγμένα σε μια συγκεκριμένη σειρά», λέει η κβαντική φυσική Carrie Weidner από το Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ.

«Αυτό θα μας επέτρεπε να προσομοιώσουμε τις ιδιότητες των τρισδιάστατων υλικών σε κάποιο βαθμό χωρίς να χρειάζεται να τα συνθέσουμε».

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Physical Review A.

ΑΦΗΣΤΕ ΜΙΑ ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Please enter your comment!
Please enter your name here

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.