Интригующие правила квантовой физики почти всегда терпят неудачу, когда вы перемещаетесь от атомов и молекул к гораздо большим объектам при высоких температурах.
Это связано с тем, что чем больше объект, и выше температура, тем тяжелее он станет мешать его взаимодействию с окружением, явление, которое обычно стирает тонкое квантовое поведение.
Тем не менее, новое исследование управляло чем -то, что серьезно раздвигает эти ограничения. Исследование показало, что крошечная стеклянная сфера – температура в тысячу раз меньше, чем зерно, но огромная по квантовым стандартам – может иметь свое вращательное движение, охлажденное почти до самого тихого состояния, разрешенного квантовой физикой при примерно 92% чистоте, даже когда сама частица горят в нескольких сотнях градусов.
Это первый раз, когда ученые достигли такого чистого квантового состояния без необходимости охлаждения всего объекта до абсолютного нуля, открывая двери для экспериментов, когда-то считались невозможными вне лабораторий Deep Freeze.
«Чистота, достигнутая нашим экспериментом по температуре в комнате, превышает характеристики, предлагаемые механически закрепленными осцилляторами в криогенной среде, создавая платформу для квантовой оптомеханики с высокой точкой. примечаниеПолем
Умный ярлык нацеливания объекта конкретного объекта
Обычно, чтобы увидеть квантовое поведение в объекте, превышающем молекулу, исследователи должны перейти к крайности: левитирование частицы в вакууме, чтобы защитить ее от внешнего помех и охладить его окружение до почти -273,15 ° C, поэтому его движение становится таким же упорядоченным, как позволяют квантовые правила.
Даже тогда это сложно. Это связано с тем, что движение в квантовом мире квантовое – это может происходить только в определенных кусках, называемых вибрацией Quanta. Существует режим с самой низкой энергией, называемый основным состоянием, первое возбужденное состояние с немного большей энергией и так далее.
Хотя частица может существовать в смесь этих состояний. Достижение основного состояния для большой частицы было важной целью. До сих пор это требовало охлаждения всего до крайности.
Авторы исследования взяли умный ярлык. Вместо того, чтобы пытаться охладить всю внутреннюю энергию частицы (которая массивна по сравнению с энергией ее движения), они нацелены только на одно конкретное движение: его вращение.
Управление лазерным светом, зеркальные системы для слива энергии вращения
Исследователи использовали вформированную наночастицу не как идеальную сферу, а как слегка растянутый эллипс. При попадании в электромагнитное поле такая частица естественным образом вращается вокруг фиксированного выравнивания, как иглы компаса, колеблющейся по северу.
Точно управляя лазерным светом и зеркальными системами, образуя оптическую полость с высоким содержанием лени, команда может повлиять на это колебание. Хитрость здесь заключается в том, что лазер может либо подавать энергию в вращение, либо убрать у него энергию.
Тщательно отрегулировав зеркала так, чтобы удаление энергии было гораздо чаще, чем добавление энергии, ученые истощили почти всю энергию вращения. При этом им также приходилось учитывать и контролировать квантовый шум от лазеров, случайных колебаний, которые в противном случае могли бы разрушить деликатный процесс.
Это привело к тому, что вращательное движение замораживало в состояние, чрезвычайно близко к квантовому основному состоянию, причем всего 0,04 кванта остаточной энергии и около 92% квантовой чистоты, даже несмотря на то, что внутренняя температура частицы все еще была сотни градусов по Цельсию.
Ключ к тому, чтобы сделать квантовые системы более практичными
Этот результат преодолевает давний барьер в квантовых исследованиях. Он показывает, что не нужно охлаждать целый объект до сверхнизких температур, чтобы изучить его квантовые свойства.
Вместо этого, обрабатывая различные типы движений, такие как вращение, отдельно, можно выборочно привести части системы в квантовый режим, в то время как остальные остаются горячими и грязными.
Этот подход может значительно облегчить изучение квантовых эффектов в более крупных, более сложных системах – от биологических структур до инженерных устройств – без требуния массивных криогенных установок.
Тем не менее, работа была сосредоточена на одном конкретном движении в тщательно выбранной наночастице. Следовательно, это еще не универсальный рецепт для каждого большого объекта. Будущие исследования, скорее всего, изучат, могут ли те же принципы контролировать другие движения или работать с различными формами и материалами.
А изучать был опубликован в журнале Природа ФизикаПолем
2025-08-09 13:59:00
1754750387
#Квантовое #замораживание #при #комнатной #температуре #замки #наночастиц #при #чистоте
Ещё по этой теме
