Ученые наблюдали квантовую вибрацию при нормальной комнатной температуре
Ученые впервые наблюдали квантовую вибрацию при нормальной комнатной температуре, явление, которое обычно требует очень холодных, тщательно откалиброванных условий, что делает нас еще одним шагом к пониманию поведения квантовой механики в обычных материалах.
Команда смогла обнаружить фонон, квантовую частицу вибрации, генерируемую высокочастотными лазерными импульсами, в кусочке алмаза. Эти фононы, как известно, трудно обнаружить, отчасти из-за их чувствительности к теплу.
Что делает наблюдение фонона настолько важным, так это то, что он показывает вибрацию, действующую как единицу энергии (как описано в квантовой механике), а также волну (как описано в классической физике). По словам исследователей, при комнатной температуре в условиях открытого воздуха это приводит к квантовому поведению «ближе к нашей повседневной жизни».
«Существует дихотомия между нашим ежедневным опытом того, что такое вибрация - волна - и что квантовая механика говорит нам, что она должна быть - частицей», - говорит физик Вивишек Судхир из Массачусетского технологического института (MIT).
Эксперимент, проведенный Судхиром и его коллегами, включал стрельбу лазера со скоростью 80 миллионов импульсов в секунду, чтобы попытаться возбудить фононы, покоящиеся в алмазе.
Фононы работают на высоких частотах в алмазе, что означает, что они работают с более высокой энергией, чем окружающий воздух, - что позволяет избежать помех от более высокой тепловой энергии, что означает, что сверххолодная, ультра-специфическая лабораторная установка больше не требуется.
Исследователи надеялись, что этих вспышек фотонов (единичных единиц света), переносимых лазерными импульсами, будет достаточно, чтобы вызвать взаимодействие только с одним фононом, создавая волновой сдвиг, который затухает со временем - процесс, известный как комбинационное рассеяние света.
Второй лазерный импульс использовался, чтобы убедиться, что это действительно то, что произошло: этот импульс действовал, чтобы снять возбуждение с первоначального всплеска энергии, оставив исследователям новый высокочастотный фотон - явный признак того, что он возбудил один фонон по пути, и, таким образом, генерируется квантовая вибрация.
"То, что мы здесь сделали, - это задать вопрос, как вы избавляетесь от этой сложной среды, которую вы создали вокруг этого объекта, и привносите этот квантовый эффект в нашу обстановку, чтобы увидеть его в более распространенных материалах", - говорит Судхир.
Исследователи надеются, что эту же технику можно использовать для изучения других «общих материалов» и обнаружения в них квантовых колебаний. Это также может способствовать исследованию сверхпроводящих свойств, обнаруженных в некоторых материалах.
В дальнейшем это исследование может также указать нам на материалы, которые будут пригодны для соединения квантовых компьютеров будущего - материалы, которые должны будут нести фононы.
"Наша работа означает, что теперь у нас есть доступ к гораздо более широкой палитре систем на выбор", - говорит Судхир.
Исследование было опубликовано в .