Нов закон на физиката? Учени от MIT демонстрираха пренос на топлина от атоми на разстояние

В сферата на квантовата механика близостта има върховенство. Колкото по-близки са атомите, толкова по-силни стават техните взаимодействия, което разкрива съкровища от екзотични явления. Тази близост е от решаващо значение за квантовите симулатори. Това са мощни инструменти, които учените използват, за да изследват нови материали и състояния на материята. Традиционно тези симулатори задържат атоми на разстояние минимум 500 нанометра един от друг. Това е ограничение, което се определя от дължината на вълната на светлината, използвана за манипулиране.

Учени от Масачузетския технологичен институт (MIT) са разработили нов метод за позициониране на атоми, който позволява те да бъдат разположени само на 50 нанометра един от друг – 10 пъти по-близо, отколкото е било възможно досега. За сравнение, червената кръвна клетка е широка около 1000 нанометра.

Преодоляване на „светлинната бариера“

Традиционните методи за управление на атоми с помощта на лазери позволяват те да бъдат разположени на разстояние не по-голямо от 500 нанометра един от друг поради ограниченията, наложени от дължината на вълната на светлината. Екипът на MIT обаче е намерил начин да заобиколи това ограничение, използвайки нов метод за манипулиране на светлината.

Техника и експеримент

Изследователите започват с охлаждане на облак от атоми на диспрозий – елемент със силни магнитни свойства до температури, близки до абсолютната нула (-273,15 °C). След това, използвайки два лазера с различни честоти и поляризации, специалистите формират стоящи вълни. Разликата в поляризацията позволи атомите да бъдат разделени на две групи по ориентацията на техните спинове.

Учените отбелязват, че дори при значителни външни вибрации оптичното влакно е гарантирало перфектна стабилност на двата лазерни лъча един спрямо друг.

Откриване на нови явления

Благодарение на новата техника е възможно не само значително да се засилят магнитните взаимодействия между атомите, но и да се наблюдават нови квантови явления. Например колективни осцилации, когато вибрациите в един слой предизвикват синхронизирани вибрации в друг и термизация, когато преносът на топлина между слоевете се осъществява единствено поради колебанията на магнитните полета в атомите.

Авторите на статията обясняват, че преди е бил необходим пряк физически контакт, за да се обмени топлина между атомите, но сега слоеве от атоми, разделени от вакуум, обменят топлина чрез магнитни флуктуации.

Това изследване разкрива революционна техника за позициониране на различни видове атоми в непосредствена близост и хвърля светлина върху очарователните квантови явления, които се появяват, когато атомите се доближат невероятно близо един до друг.

То също така дава нови възможности за разработване на квантови материали и може да послужи за основа на магнитно контролирани атомни системи в квантовите компютри.