Kvanttihiukkaset Kulkevat Eniten Matkusti

{h1}

Ensimmäistä kertaa fyysikot ovat käyttäneet yhtälöä karttamaan polku, jossa kvanttihiukkaset todennäköisimmin käyttävät muutettaessa kvanttitilasta toiseen.

Ensimmäistä kertaa fyysikot ovat kartoittaneet polun, jonka hiukkaset todennäköisimmin käyttävät liikuttaessaan kvanttitilasta toiseen.

Fysiikassa käsite, jota kutsutaan "vähiten toiminnan poluksi", kuvailee trajektoria, jonka kohde todennäköisesti seuraa, samanlainen kuin "vähiten vastustuskyvyn polku" tuttu käsite. Esimerkiksi tossattu jalkapallo seuraa parabolista kaaria ilmassa sen sijaan, että se kääntyisi hulluihin silmukoihin tai siksakseihin. Tämä johtuu siitä, että parabolan polku vaatii vähemmän "toimia" kuin silmukan tai siksak-polun.

Kuitenkin fyysikot eivät tienneet, ovatko kvanttihiukkaset, kuten elektronit, neutriinit tai fotonit, noudattaneet samaa sääntöä. Monet klassisen fysiikan säännöt eivät näytä soveltavan näitä pieniä hiukkasia. Sen sijaan heitä ohjaavat kvanttimekaniikan kummalliset säännöt, joita Einstein jopa kutsui "pelottavaksi". [Wacky Physics: Tuoreimmat pienet hiukkaset luonnossa]

Kvanttihiukkaset voivat esiintyä tiloissa, joissa ne ovat useissa paikoissa yhtä aikaa - ilmiötä, jota kutsutaan superpositioniksi. Matemaattinen yhtälö, jota kutsutaan aaltofunktioksi, kuvaa monia mahdollisia paikkoja, joissa kvanttihiukkanen voi esiintyä samanaikaisesti. Mutta heti kun joku yrittää mitata jonkin näistä hiukkasista sijainnin tai nopeuden, sen aaltofunktio romahtaa ja hiukkanen esiintyy vain yhdessä paikassa, joka palaa perinteisen fysiikan lakien alle.

Tämä tekee kvanttihiukkasten tutkimuksesta äärimmäisen vaikeaksi, sillä hetki, jona tutkijat alkavat tutkia, hiukkasten kvanttitilastot romahtavat. Kuitenkin fyysikot ovat kehittäneet keinon eristää hämmästyttävä kvanttimaailma ja vertailla sitä ei-invasiivisella tavalla; tämä antaa heille mahdollisuuden kartoittaa polun, jonka hiukkaset todennäköisesti ottavat muutessaan tilasta toiseen.

"Se on suuri läpimurto kvanttijärjestelmien valvonnassa", kertoo WordsSideKick.com -tieteilijä Andrew Jordan, Rochesterin yliopiston fysiikan tutkija, joka työskenteli alkuperäisessä teoriassa. "Me vain naarmutamme fyysisen fyysisen pinnan, joka on sallittu täällä."

Jordan kehitti teorian ja toi idean kokeellisiin fyysikkoihin Kalifornian yliopistossa, Berkeleyssä ja Washingtonin yliopistossa St. Louisissa, joka auttoi kokeilemaan kokeilua testata sitä. Kater Murch, Washingtonin yliopiston fysiikan professori, hahmotteli mahdollisia polkuja, joita hiukkaset voisivat tehdä, ja tutki sitten tutkimusryhmää selvittämään, mikä polku he luulivat kokeeksi todennäköisimmin paljastavan.

"Olemme kaikki asiantuntijoita, mutta kukaan ei ole sitä mieltä", Murch kertoi WordsSideKick.com. "Meillä ei ollut aavistustakaan siitä, kuinka yksi kvanttiluku tulee toiselle."

Suprajohde toimii kuin keinotekoinen atomi. Laite on pidettävä vain muutaman asteen absoluuttisen nollan yläpuolella, joten lämpö ei häiritse laitteen läpi virtaavia mikroaaltoja.

Suprajohde toimii kuin keinotekoinen atomi. Laite on pidettävä vain muutaman asteen absoluuttisen nollan yläpuolella, joten lämpö ei häiritse laitteen läpi virtaavia mikroaaltoja.

Luottamus: Joe Angeles / WUSTL Kuvat

Tiimi käytti suprajohtavaa kvanttilaitetta, joka oli lähinnä kuparista valmistetun laatikon sisällä, Murch selitti. Järjestelmä on mallinnettu atomin jälkeen. Sillä on useita kvanttimäärätasoja aivan kuin atomi, ja sitä kutsutaan joskus "keinotekoiseksi atomiksi", Murch sanoi.

Tutkijat saivat mikroaaltopartikkeleista virran ruutuun. Nämä hiukkaset koskettivat suprajohtavaa piiriä ja heijastuivat sitten takaisin. Matkan varrella hiukkaset päätyivät joko maatilaan (alhaisin energian tila) tai viritettyyn tilaan (kaikki tilat, joiden energiataso on korkeampi kuin maatila). Näiden kahden tilan välillä on ääretön määrä superpositiota, joten tutkijat toistivat kokeilun miljoona kertaa määrittääkseen yleisimmin esiintyvän polun.

Tulokset paljastivat, että hiukkaset matkustavat useimmin kupera käyrä. Yhtälö on yksinkertainen, ja on melko helppo laskea polku hiukkasten todennäköisimmin, Jordan sanoi.

Murch sanoi, että kokeen tulokset voisivat olla askel kohti kemian "pyhää graalia" - maksimoiden kemiallisten reaktioiden tehokkuuden.

"Perusteellisella tasollaan kemiallinen reaktio muuttaa kvanttitiloja toisistaan", Murch sanoi. "Tämän reitin ymmärtäminen voisi auttaa kemistejä tuottamaan tehokkaampia kemiallisia reaktioita."

Tutkimus voisi myös eräänä päivänä johtaa siihen, että fyysikot voivat ohjata suoraan kvanttijärjestelmiä, Jordan sanoi.

Kokeilun tiedot julkaistiin Nature-lehdessä 31. heinäkuuta.

Seuraa Kelly Dickersonia Viserrys. Seuraa meitä @wordssidekick, Facebook & Google+. Alkuperäinen artikkeli aiheesta WordsSideKick.com.


Video Täydentää: .




FI.WordsSideKick.com
Kaikki Oikeudet Pidätetään!
Jäljentämistä Materiaalien Sallittu Vain Prostanovkoy Aktiivinen Linkki Sivustoon FI.WordsSideKick.com

© 2005–2019 FI.WordsSideKick.com