Ученые создали «квантовые торнадо», постоянно колеблющиеся между миром классической физики и миром квантовой механики

Квантовое торнадо

Все, происходящее на просторах Вселенной, подчиняется двум несовместимым на первый взгляд наборам законов физики — существует классическая физика, действующая в масштабе окружающего нас мира, и существует жуткая квантовая механика, проявляющаяся на уровне атомов и субатомных частиц. И недавно, ученым из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) удалось создать своего рода «квантовые торнадо», структуры, постоянно совершающие переходы из мира классической физики в мир кантовой механики и наоборот.

Как, наверное, хорошо известно нашим постоянным читателям, в мире квантовой механики становятся возможными такие вещи и события, которые ломают все наше представление, сформированное повседневными наблюдениями за окружающим миром. К примеру, квантовые частицы могут существовать сразу в нескольких местах, туннелироваться через непреодолимые барьеры и моментально обмениваться информацией, невзирая на огромные расстояния.

Эти и другие «чудеса» квантового мира возникают вследствие различных типов взаимодействий между частицами, что является предметом многих научных исследований. Однако, при попытках исследований таких хрупких квантовых взаимодействий в это начинают вмешиваться проявления мира классической физики. А одним из способов избежать такого вмешательства и усиления квантовых эффектов является охлаждение частиц и атомов до температур, очень и очень близких к точке абсолютного нуля. При этом возникает экзотическое состояние вещества, именуемое конденсатом Бозе-Эйнштейна, демонстрирующее квантовое поведение на большем масштабе, доступном для нашего восприятия.

Однако в своих экспериментах физики MIT отошли от традиционного пути, и вместо традиционного конденсата Бозе-Эйнштейна использовали так называемую квантовую жидкость Холла. Этот еще более странный тип материи в оригинале состоит из облаков свободных электронов, пойманных в ловушки магнитных полей, эти облака начинают взаимодействовать друг с другом весьма необычными способами, что приводит к появлению совсем уж «диких» квантовых эффектов. Однако, вместо электронов, которые с большим трудом поддаются контролю и наблюдению, физики MIT использовали облако из миллиона атомов натрия, охлажденных до сверхнизкой температуры.

«Мы заставили эти холодные атомы натрия вести себя подобно электронам в магнитном поле» — пишут исследователи, — «При этом мы получили достаточно высокий уровень контроля над происходящим и смоги визуализировать поведение даже отдельных атомов, что дало нам возможность увидеть, повинуются ли они законам квантовой механики».

Облако холодных атомов было помещено в электромагнитную ловушку и раскручено до скорости 100 оборотов в секунду. Под воздействием вращения облако растянулось по высоте, становясь мо мере увеличения высоты все тоньше и тоньше. И на каком-то этапе этого процесса атомы натрия «переключились» на квантовое поведение.

После такого переключения «игла» атомов начала изгибаться и перевиваться, что привело к ее распадению на отдельные сегменты. Эти вращающиеся сегменты сформировали странную структуру, напоминающую структуру кристалла, которая и была описана учеными термином «квантовое торнадо». Поведение этого «торнадо» определяется исключительно взаимодействиями между атомами, а само «торнадо» постоянно находится в колебательном режиме, подчиняясь то законам классической физики, то квантовой механики.

«Этот эксперимент является своего рода демонстрацией идеи, как взмах крыльев бабочки в Китае, к примеру, может стать зародышем, который разовьется в разрушительный ураган на другой стороне земного шара» — пишут исследователи, — «В нашем эксперименте также имеется «квантовая погода», жидкость Холла, из-за ее квантовой нестабильности в ней возникает и развивается «шторм», состоящий из меньших облаков и завихрений. И мы очень рады, что стали первыми людьми, увидевшими воочию такие квантовые эффекты».

Share Button

Материалы по теме:

Ученые используют менее 1% данных, собираемых Большим Адронным Коллайдером
На страницах нашего сайта мы неоднократно рассказывали о Большом Адронном Коллайдере, самом большом и мощном ускорителе частиц на сегодняшний день. Проведенные эксперименты уже позволили ...
Эксперимент, проведенный учеными-физиками, подтвердил правоту некоторых предсказаний Стивена Хокинга относительно черных дыр
Группа ученых-физиков провела лабораторный эксперимент, имеющий отношение к существующей теории о черных дырах. Полученные в ходе этого эксперимента результаты подтвердили правоту некоторых предсказаний Стивена ...
Новые высокоточные измерения радиуса протона позволили решить научную загадку десятилетней давности
Ученые достаточно долго были уверены, что им известно значение радиуса протона, полученное путем теоретических расчетов. Но в 2010 году группе физиков удалось произвести измерения ...
Физики CERN окончательно выяснили особенности строения таинственных пентакварков
На страницах нашего сайта мы уже рассказывали нашим читателям о пентакварках, таинственных субатомных частицах, состоящих из пяти кварков. Эти частицы были обнаружены всего несколько ...
Создан новый вид «умного стекла», способного изменять свой цвет за рекордно короткое время
Термин "умное стекло" уже не раз фигурировал на страницах нашего сайта, как описание активного компонента "умного окна", которое может переключаться из прозрачного в непрозрачное ...
You can skip to the end and leave a response. Pinging is currently not allowed.

Leave a Reply

Яндекс.Метрика