14:38 2022-05-16
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Magneți cuantici în mișcare
_ Magneți cuantici în mișcare
Comportamentul magneților cuantici microscopici a fost mult timp o materie predată în cursurile de fizică teoretică. Cu toate acestea, investigarea dinamicii sistemelor care sunt departe de echilibru și urmărirea lor „în direct” a fost dificilă până acum. Acum, cercetătorii de la Institutul de Optică Cuantică Max Planck din Garching au reușit tocmai acest lucru, folosind un microscop cu gaz cuantic. Cu acest instrument, sistemele cuantice pot fi manipulate și apoi fotografiate cu o rezoluție atât de mare încât până și atomii individuali sunt vizibili. Rezultatele experimentelor pe lanțuri liniare de spini arată că modul în care se propagă orientarea acestora corespunde așa-numitei superdifuzii Kardar-Parisi-Zhang. Acest lucru confirmă o presupunere care a apărut recent din considerente teoretice.
O echipă de fizicieni din jurul doctorului Johannes Zeiher și profesorului Immanuel Bloch are ochii pe obiecte pe care alții cu greu nu le pot vedea niciodată. Cercetătorii de la Institutul de Optică Cuantică Max Planck (MPQ) din Garching folosesc un așa-numit microscop cuantic cu gaz pentru a urmări procesele la scara mică a fizicii cuantice. Un astfel de instrument permite, cu ajutorul atomilor și laserelor, să creeze în mod specific sisteme cuantice cu proprietățile dorite și să le investigheze cu rezoluție înaltă. În aceste experimente, cercetătorii se concentrează și pe fenomenele de transport - modul în care obiectele cuantice se mișcă în anumite condiții externe.
Echipa a făcut acum o descoperire experimentală surprinzătoare. Cercetătorii au reușit să arate că transportul unidimensional al spinurilor - termenul „spin” reprezintă o proprietate cuantică specifică, magnetică a atomilor și a altor particule – seamănă cu fenomenele macroscopice din anumite zone. În cea mai mare parte, procesele din domeniul cuantic și din lumea de zi cu zi diferă semnificativ. „Dar munca noastră dezvăluie o legătură interesantă între sistemele de spin mecanic cuantic din atomii reci și sistemele clasice, cum ar fi creșterea coloniilor bacteriene sau răspândirea incendiilor de vegetație”, spune Johannes Zeiher, liderul grupului în divizia Quantum Many-Body Systems de la MPQ. „Această descoperire este complet neașteptată și indică o conexiune profundă în domeniul fizicii de neechilibru, care este încă prost înțeleasă.”
Fizicienii se referă la o asemenea analogie teoretică între mișcarea aleatoare în sistemele cuantice și clasice ca "universalitate." În acest caz specific, este vorba de universalitatea Kardar-Parisi-Zhang (KPZ) — un fenomen cunoscut anterior doar din fizica clasică.
Exponent grăitor
Pentru a observa fenomenul microscopic, echipa Garching a răcit mai întâi un nor de atomi la temperaturi apropiate de zero absolut. Astfel, mișcările din cauza căldurii ar putea fi excluse. Apoi au blocat atomii ultrareci într-un potențial special format „în formă de cutie”, format dintr-un aranjament de oglinzi minuscule. „Am folosit acest lucru pentru a studia relaxarea unui singur perete de domeniu magnetic într-un lanț de 50 de rotiri aranjate liniar”, explică David Wei, cercetător în grupul lui Johannes Zeiher. Peretele domeniului separă zonele cu orientare identică a spinurilor învecinate unele de altele. Cercetătorii au creat mai întâi peretele de domeniu pentru experiment folosind un nou truc, prin care un „câmp magnetic eficient” a fost generat prin proiectarea luminii. Procedând astfel, cercetătorii pot suprima puternic cuplările dintre rotiri, „blocându-le” efectiv în loc.
Relaxarea în lanțul de spin a avut loc după ce cuplările dintre rotiri au fost pornite într-un mod controlat și, după cum sa dovedit, a urmat un model caracteristic. „Acest lucru poate fi descris matematic printr-o lege a puterii cu exponentul 3/2”, spune Wei – un indiciu asupra conexiunii cu universalitatea KPZ. Alte dovezi pentru această relație au fost furnizate atunci când cercetătorii au detectat mișcarea rotațiilor individuale, care a fost dezvăluită prin microscopul cuantic cu gaz.
„Această precizie ridicată a stat la baza unei evaluări statistice detaliate”, spune Zeiher. „Cursul uimitor al difuziei de spin pe care l-a arătat experimentul nostru corespunde, în forma sa matematică, aproximativ cu răspândirea unei pete de cafea pe o față de masă, de exemplu”, explică fizicianul Max Planck. Că ar putea exista o astfel de conexiune uimitoare fusese bănuită de o echipă de teoreticieni în urmă cu aproximativ doi ani, pe baza unor considerații teoretice. Cu toate acestea, confirmarea experimentală a acestei ipoteze încă lipsea.
Un model vechi îi uimește pe fizicieni
Pentru descrierea fenomenelor de spin mecanic cuantic, fizicienii folosesc foarte mult așa-numitul model Heisenberg. cu succes pentru o lungă perioadă de timp (dar abia recent au putut fi descrise teoretic fenomenele de transport de spin în cadrul acestui model). „Rezultatele noastre arată că noi perspective surprinzătoare sunt încă posibile chiar și într-un cadru teoretic stabilit”, subliniază Johannes Zeiher. „Și sunt o dovadă a modului în care teoria și experimentul se încrucișează în fizică.”
Rezultatele care au fost obținute acum de echipa din Garching nu sunt doar de valoare academică. Ele ar putea fi utile și pentru aplicații tehnice tangibile. De exemplu, spinurile constituie și baza anumitor forme de calculatoare cuantice. Cunoașterea proprietăților de transport ale purtătorilor de informații ar putea fi de o importanță critică pentru realizarea practică a unor astfel de arhitecturi noi de computer.
Studiul apare în Science.
Comentarii:
Adauga Comentariu