Priljubljene Objave

Izbira Urednika - 2019

Novi način, da bi "videli" kvantni svet

Anonim

JILA znanstveniki so izumili novo tehniko slikanja, ki proizvaja hitro in natančno merjenje kvantnega obnašanja v atomski uri v obliki skoraj instant vizualne umetnosti.

oglas


Tehnika združuje spektroskopijo, ki ekstrahira informacije od interakcij med svetlobo in materijo, z mikroskopijo visoke ločljivosti.

Kot je opisano v Physical Review Letters, metoda JILA naredi prostorske karte energijskih premikov med atomi v tridimenzionalni atomski uri stroncijevega mrežastega ogrodja, ki zagotavljajo informacije o lokaciji vsakega atoma in ravni energije ali kvantnem stanju.

Tehnika hitro meri fizične učinke, ki so pomembni za atomske ure, s čimer se izboljša natančnost ure, in lahko dodaja nove atomske ravni podrobnosti študijam pojavov, kot so magnetizem in superprevodnost. Metoda lahko v prihodnosti omogoča znanstvenikom, da končno vidijo novo fiziko, kot je povezava med kvantno fiziko in gravitacijo.

JILA deluje skupaj z Nacionalnim inštitutom za standarde in tehnologijo (NIST) in Univerzo Colorado Boulder.

"Ta tehnika nam omogoča, da z lasersko svetlobo in atomi napišemo čudovito" glasbo ", nato pa jo zamislimo v strukturo in ga zamrznemo kot kamen, tako da lahko pogledamo posamezne atome, ki poslušajo različne tone laserja neposredno kot sliko, "je rekla JILA / NIST sodelavka Jun Ye.

Atomi so v tako imenovanem kvantno degeneriranem plinu, v katerem veliko atomov medsebojno komunicira. Ta "kvantni več telo" pojav razširja natančnost meritve na nove skrajnosti.

Za pripravo atoma za lepotični strel, raziskovalci uporabljajo laserski impulz za vožnjo okoli 10.000 atronov stroncija iz nizkoenergetskega zemeljskega stanja v visoko energijsko vzbujeno stanje. Nato je modri laser, nameščen pod mrežo, nagnjen navzgor navpično skozi atome, fotoaparat pa posname senco, ki jo oddajajo atomi, kar je odvisno od tega, koliko svetlobe absorbirajo. Zemeljski atomi absorbirajo več svetlobe.

Nastale slike so lažno barvne predstavitve atomov v osnovnem stanju (modri) in vzbujenega stanja (rdeča). Bela regija predstavlja atome v fini mešanici, ki je približno 50-odstotna rdeča in 50-odstotna modra, kar ustvarja dappleden učinek. To se zgodi zato, ker so bili ti atomi prvotno pripravljeni v kvantnem stanju superpozicije ali vzporedno in vzburjenem stanju hkrati, merjenje slike pa povzroči propad v eno od dveh stanj, kar ustvarja "šum" na sliki.

Skupina JILA je kot demonstracijo ustvarila vrsto posnetkov za preslikavo majhnih frekvenčnih premikov ali frakcij atomov v vzbujanem stanju v različnih regijah rešetke. Sposobnost hkratnega primerjanja izboljša natančnost in hitrost pri meritvah skupine atomov. Raziskovalci so v 6 urah dosegli rekordno natančnost pri merjenju frekvence 2, 5 x 10-19 (napaka samo 0, 25 delcev na milijardo milijard). Pričakuje se, da bo spektroskopija slikanja bistveno izboljšala natančnost atomske ure JILA in druge atomske ure na splošno.

Slikovna spektroskopija zagotavlja informacije o lokalnem okolju atomov, podobno neverjetni ločljivosti, ki jo ponuja skeniranje tunelske mikroskopije. Doslej je bila metoda uporabljena za izdelavo dvodimenzionalnih slik, vendar je lahko izdelala 3-D slike na podlagi meritev po plasteh, kot je storjeno v tomografiji, ki združuje več prerezov trdnih predmetov, je dejal Ye.

Nekatera umetna kristala, mreža atomov se lahko uporablja tudi kot magnetni ali gravitacijski senzor, ki preizkuša medsebojno vplivanje različnih področij fizike. Vi ste najbolj navdušeni nad prihodnjo možnostjo uporabe atomov na uro kot gravitacijskega senzorja, da bi ugotovili, kako kvantna mehanika, ki deluje na zelo majhnih prostorskih lestvicah, vpliva na splošno relativnost, teorijo gravitacije, makroskopsko silo.

"Ker se ura v naslednjih 20 letih izboljša, ta mali kristal ne more samo prikazati, kako gravitacija vpliva na frekvenco, ampak bi lahko začeli gledati tudi na preplet gravitacije in kvantne mehanike, " je dejal Ye. "To je fizični učinek, ki ga nobena eksperimentalna sonda ni izmerila. Ta tehnika slikanja bi lahko postala zelo pomembno orodje."

Raziskovanje podpira NIST, agencija za napredne raziskovalne projekte obrambe, Urad za znanstvene raziskave Air Force in Nacionalna znanstvena fundacija.

oglas



Story Source:

Materiali, ki jih zagotavlja nacionalni inštitut za standarde in tehnologijo (NIST) . Opomba: Vsebino lahko uredite za slog in dolžino.


Referenčni opis revije :

  1. G. Edward Marti, Ross B. Hutson, Akihisa Goban, Sara L. Campbell, Nicola Poli, Jun Ye. Optične frekvence s preslikavo s 100 μHz natančnostjo in 1, 1 μm ločljivostjo . Pisna poročila o fiziki, 2018; 120 (10) DOI: 10.1103 / PhysRevLett.120.103201