إذا الذرات لا يمكن أن تقرر

لأول مرة تراكب الذرة والجزيء لوحظ في شكل نقي

رابي ذبذبات الذرات والجزيئات. عن طريق تبديل المجال المغناطيسي بسرعة ، يمكن تحويل الذرات (الصفراء) إلى جزيئات (أحمر) والعكس بالعكس. في أوقات معينة ، تكون الجسيمات في حالة تراكب (الأصفر والأحمر) حيث تكون في وقت واحد ذرة وجزيء. © MPQ
قراءة بصوت عال

في الوقت نفسه ، أبيض وأسود ، موجهًا للأعلى والأسفل - فقط الجزيئات الكمومية للكون نانو قادرة على التوفيق بين خاصيتين تستبعدان بعضهما البعض وفقًا لقوانين الفيزياء الكلاسيكية. لأول مرة تمكن الباحثون من ملاحظة تراكب الذرة والجزيء في شكل نقي.

في مجلة Physical Review Letters ، أبلغ العلماء عن تجارب لم يتمكن الأزواج من ذرتين من روبيديوم من تقرير ما إذا كان ينبغي ربط بعضهم ببعض أو البقاء في الحالة الذرية. بدلاً من ذلك ، تتأرجح بين الحالتين - تم اكتشاف ما يصل إلى 29 من هذه التذبذبات المعروفة باسم ربيع في قياس واحد. فيما بينهما ، يفترض الأزواج من الروبيديوم حالة تكون فيها جزيئات وذرات في نفس الوقت.

تعتبر جسيمات الكم في مثل هذه الحالة الغامضة المرشحة المثالية لأجهزة التخزين الكمومية - أجهزة الكم الكمومية. كما قد تسمح قياسات الدقة المستقبلية لتردد الاهتزاز بالتوصل إلى استنتاجات حول التغييرات المحتملة في الثوابت الأساسية ، وفقًا للباحثين بقيادة البروفيسور جيرهارد ريمبي من معهد ماكس بلانك للبصريات الكمومية في جارشينج.

سحابة من ذرات الروبيديوم

في التجربة ، يتم حبس سحابة من ذرات الروبيديوم أولاً في فخ بصري وتبريدها إلى بضعة مليارات من الدرجات بدرجة تفوق الصفر المطلق. هنا ، تشكل الذرات ما يسمى بمكثفات بوز-آينشتاين ، وهي حالة يصبح فيها كل الجسيمات - حوالي 60000 - متطابقة وغير قادرة عملياً على الحركة. بمساعدة "شبكة شعرية" ، يتم ترتيب الذرات في بنية منتظمة.

لهذا الغرض ، من خلال تشغيل موجات الضوء الثابتة من ثلاثة اتجاهات مكانية مختلفة ، يتم إنشاء حقل ضوء الليزر الذي يشبه شكل كومة من كرتون البيض. تتوافق الحفر الموجودة في هذه الشبكة البلورية الضيقة من الضوء مع الحالات الإيجابية النشيطة التي تستقر فيها ذرات الروبيديوم. يتم تحديد تباعد شعرية بين الذرات من خلال الطول الموجي للضوء. إنه هنا عدة مئات من النانومتر ، وبالتالي فهو أكبر بحوالي 1000 مرة من البلورات ذات الحالة الصلبة. لذلك ، فإن هيكل الضوء والذرات هذا هو أيضًا نظام مثالي لنمذجة المشكلات المعقدة لفيزياء الحالة الصلبة. يعتمد عمق الحوض الصغير على طاقة الليزر ويتم اختياره هنا حتى يتم احتجاز الذرات فيه. وتسمى هذه الدولة مرتبة للغاية عازل موت. عرض

الدول الكم المنفصلة

ذرات وجزيئات في شعرية بلورية من الضوء. في منتصف هذه الحالة عالية الترتيب ، توجد في البداية مجموعات صغيرة من الذرات (يسار) يتم تحويلها إلى جزيئات (يمين) ، وهناك تكرار دوري لهذا التكوين. MPQ

باستخدام العدد الإجمالي للذرات في الشبكة الضوئية ، يمكن للفيزيائيين التحكم في عدد الذرات لكل موقع شعرية بحيث توجد ذرتان لكل بئر في المنطقة الوسطى من البلورة. وهكذا ، تم إنشاء المتطلبات التجريبية الأساسية من أجل إثارة التحولات عمدا في الحالة الجزيئية ثم لقياسها بدقة.

لسبب واحد ، يتم عزل الذرات من جيرانها ورؤية الشريك فقط في موقع الشبكة. عن طريق قصرها على مساحة صغيرة ، يكون للجسيم عدد قليل فقط من الحالات الكمومية المنفصلة الموجودة تحت تصرفه ، والتي يمكن أن يعتمدها كجزيء. من ناحية أخرى ، يتم فصل الجزيئات الهشة الناتجة عن بعضها البعض ، وبالتالي لا يمكن أن تضيع بسبب التصادمات العرضية.

من أجل حث الذرات على الارتباط مع شريكها ، يتم تشغيل المجال المغناطيسي فجأة. نظرًا لتفاعل المجال المغنطيسي مع اللحظات المغناطيسية للذرات ، يصبح احتمال الترابط الجزيئي بقيمة معينة للحقل المغناطيسي كبيرًا بالنسبة للحالة الذرية. في ما يسمى "صدى فيشباخ" ، تبدأ الذرات في التذبذب بين كونها عازبة وشراكة قوية. تبعا لذلك ، تتقلب كمية الذرات أو الجزيئات في الشبكة الضوئية في دورة الاهتزاز.

كل من الذرة والجزيء

من خلال تحديد عدد الذرات لأوقات احتجاز المجال المغناطيسي المختلفة ، يمكن إعادة بناء تذبذبات ربيع على مدار 29 دورة. يقول نيلز ساسن ، الذي يشارك القياس مع زملائه في هذا المجال: "الشيء الأكثر أهمية في هذه النتيجة هو أن أزواج الروبيديوم تمر بحالة من كونها ذرة وجزيء خلال دورة الاهتزاز". إطار أطروحة الدكتوراه. "لم تتم ملاحظة حالة التراكب المتماسكة بهذا الشكل النقي" ، يؤكد ريمبي. "هذا يعطينا طرقًا جديدة لتحقيق السجلات الكمية التي يمكن تخزين المعلومات المختلفة بها على جزء صغير."

في تجربة أخرى ، استخدم العلماء تذبذبات ربيع في البداية لتكوين جزيئات ثنائية الذرة في الشبكة البصرية. ثم يقودون الحقل المغناطيسي إلى قيم حيث تكون الذرات مفردة بدلاً من أن تكون مقيدة. ومع ذلك ، فإن الشراكة لا تتباعد دائمًا. بالنسبة للجزيئات يمكن أن تتحلل فقط في بعض قيم المجال المغناطيسي المنفصلة. في المناطق الوسيطة ، لا توجد حالات قد تشغل المنتجات النهائية ، الذرات ، وفقًا لقواعد ميكانيكا الكم. توضح هذه القياسات أنه يمكن استخدام المشابك الضوئية لتصميم الهياكل التي تسمح بمعالجة الجزيئات غير المستقرة كما لو كانت مستقرة.

يخطط الباحثون أيضًا لتحديد مثل هذه التذبذبات في جزيء الذرة بدرجة أكبر من الدقة وبالتالي الحصول على بيانات حول الخواص الذرية ، والتي بدورها تسمح باستنتاجات حول التغيرات البسيطة للغاية في الثوابت الطبيعية.

(idw - معهد ماكس بلانك للبصريات الكمومية ، 20.07.2007 - DLO)