مشاهده مکانيک کوانتومي با چشم غيرمسلح

يک گروه از کمبريج تراشه نيمه‌رسانايي ساخته‌اند که الکترون‌ها را به يک حالت کوانتومي که نور گسيل مي‌کند، تبديل مي‌کند؛ ولي آنقدر بزرگ است که با چشم غيرمسلح ديده مي‌شود. بخاطر اينکه ابرسيال کوانتومي آنها خيلي ساده با تاباندن باريکه‌هاي ليزري روي اين افزاره ساخته مي‌شود، مي‌تواند منجر به ساخت آشکارسازهاي عملي فوق‌حساس شود.

مکانيک کوانتومي معمولا اثرات خود را فقط در ذرات ريز در دماهاي خيلي پايين نشان مي‌دهد، ولي اين پژوهشگران الکترون‌ها را با نور ترکيب کردند تا ذرات کوانتومي ابراندازه‌اي را با ضخامت يک تار مو سنتز کنند که مانند ابررساناها رفتار مي‌کنند. طبيعت دوگانه موجي- ذره‌اي نور آنها با ساخت حفره‌هاي ميکروسکوپي که نور را بطور تنگاتنگي در نزديکي الکترون‌هاي درون اين تراشه بدام مي‌اندازند، توانستند ذرات جديدي بنام "پلاريتون" با وزن خيلي کم توليد کنند و همين کار موجب تشويق آنها به تلاش بيشتر شد.

دکتر گاب کريستمن و همکارانش نمونه‌هاي جديد خاصي توليد کرده‌اند که به پلاريتون‌ها اجازه حرکت سيالي بطور دلخواه بدون داشتن چسبندگي مي‌دهند. با تزريق آنها به دو ناحيه روشن ليزري، اين پژوهشگران دريافتند که سيال کوانتومي بدست آمده بطور خودبخودي شروع به حرکت نوساني رو به جلو و عقب مي‌کند که در آن بعضي از بارزترين حالت‌هاي آونگ کوانتومي که براي دانشمندان آشنا بودند، شکل گرفتند؛ ولي هزاران برابر بزرگ تر از آنچه که انتظار مي‌رفت.

کريستمن توضيح مي‌دهد: "اين پولاريتون‌ها بطور شديدي ترجيح مي‌دهند که هماهنگ باهم بطور پله‌اي حرکت داشته باشند، که باعث درهم تنيدگي مکانيک کوانتومي خودشان مي‌شود. " مايع کوانتومي حاصله داراي خواص عجيب و غريبي، مانند اعمال نيروي دافعه روي خودش، مي‌باشد. همچنين اين سيال فقط در مقادير ثابت بدور خودش مي‌چرخد و توليد گرداب‌هايي مي‌کند که به شکل خطوط منظمي ظاهر مي‌شوند.

اين پژوهشگران با حرکت دادن باريکه‌هاي ليزري، توانستند بطور مستقيم چسبناکي اين سيال کوانتومي را کنترل کنند و آونگي بسازند که يک ميليون برابر بيشتر از قلب انسان ضربان دارد. حتي افزايش تعداد باريکه‌هاي ليزري مي‌تواند منجر به حالت‌هاي کوانتومي پيچيده‌تر شود.

هدف از اين پژوهش ساخت چنين حالت‌هاي کوانتومي با استفاده از باتري الکتريکي در دماي اتاق است که اجازه ظهور نسل جديدي از ژيروسکوپ‌هاي فوق‌حساس براي اندازه گيري گرانش، ميدان مغناطيسي، و نيز خلق مدارهاي کوانتومي را مي‌دهد. ولي همانطور که کريستمن مي‌گويد: "حتي فقط ديدن و تحريک کردن مکانيک کوانتومي که جلوي چشم کار مي‌کند، خيلي جالب است."

اين پژوهشگران جزئيات نتايج کار تحقيقاتي خود را در مجله‌ي Nature Physics منتشر کرده‌اند. منبع: نانو