Ağır! İmkansızlık mümkün hale geldi: bozonların fermiyonlar gibi davranmasını başarıyla sağlayın!
Bozonlar ve fermiyonlar, bu iki farklı parçacık olarak sınıflandırılabilen (alt atomlardan atomlara kadar) ve çoğu durumda çok farklı davranan parçacıklardır. Özdeş bozonlar birlikte kümelenmeyi "sevse de", aynı fermiyonlar genellikle birlikte kümelenmeyi "sevmezler". Bununla birlikte, bir boyutta (parçacıkların yalnızca düz bir çizgi boyunca hareket edebildiğini hayal edin) bozonlar, fermiyonlar gibi izole edilebilir, bu nedenle hiçbir iki parçacık aynı konumda olamaz. Şimdi, yeni araştırmalar aynı şeyin (bozonlar fermiyonlar gibi davranır) olabileceğini gösteriyor.
Bu keşif, kuantum sistemlerine ilişkin temel anlayışımızı artırır ve kuantum cihazlarının nihai gelişimi için bilgi sağlayabilir. Pennsylvania Eyalet Üniversitesi'nde seçkin bir fizik profesörü ve araştırma ekibi liderlerinden biri olan David Weiss şunları söyledi: Doğadaki tüm parçacıkların, bir kuantum özelliği olan iğnelerine bağlı olarak iki türü vardır. Klasik fizikte gerçek bir analoji yoktur. Tam tamsayılı dönüşlere sahip bozonlar aynı kuantum durumunu paylaşabilir, ancak yarım tam sayı dönüşlü fermiyonlar bunu yapamaz.
Resim: Araştırmacılar, bu cihazı atomlardan oluşan bir dizi ultra soğuk tek boyutlu gazlar oluşturmak için kullandılar.
Parçacıklar yeterince soğuk veya yeterince yoğun olduğunda, bozonlar fermiyonlardan tamamen farklı davranır. Bozonlar bir "Bose-Einstein yoğunlaşması" oluşturur ve aynı kuantum halinde toplanır. Öte yandan, fermiyonlar mevcut durumları tek tek doldurarak "Fermi Denizi" denilen denizi oluşturur. Pennsylvania Eyalet Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, deneysel olarak, bozonların bir boyutta genişlediklerinde (atomik tellerin daha uzun süre uzamasına izin verilir) bir "Fermi Denizi" oluşturabileceklerini deneysel olarak kanıtladılar. Araştırma sonuçları, Science dergisinde yayınlandı. üzerinde.
Penn Eyalet Üniversitesi'nde fizik profesörü ve araştırma ekibinin başka bir lideri olan Marcos Rigol şunları söyledi: Aynı fermiyonlar bir araya gelmeyi "sevmezler", bu nedenle aynı yerde birden fazla fermiyon olamaz. , Bu yüzden sıcaklıkları çok düşük olduğunda etkileşime girmeyecekler. Polibosonlar aynı pozisyonda olabilir, ancak etkileşimleri çok güçlü olduğunda, bu çok yüksek enerji olur. Bu nedenle, tek boyutlu hareketle sınırlandırıldıklarında, bozonların uzamsal dağılımı etkileşimsiz fermiyonlar gibi görünebilir.
2004 gibi erken bir tarihte, David'in araştırma ekibi, 1960'larda teorik olarak tahmin edilen bu fenomeni deneysel olarak kanıtladı. Güçlü etkileşen bozonların ve etkileşmeyen fermiyonların uzamsal özellikleri bir boyutta aynı olsa bile, bozonlar birbirleriyle aynı hıza sahip olabilirler, ancak fermiyonlar olamaz Bu, parçacıkların temel özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Araştırma ekibi liderlerinden David Weiss şunları söyledi: 2005 yılında, o zamanlar yüksek lisans öğrencisi olan Marcos, güçlü bir şekilde etkileşen bozonun tek boyutlu uzayda genişlediğini tahmin etti:
Örnek: Tek boyutlu genişlemenin güçlü etkileşimi, bozonlar tarafından hapsedilen gazın hız dağılımının gelişimi, "bozon" dağılımının (mor çizgi) ilk zirvesi, yavaş yavaş "fermiyon" dağılımına (koyu kırmızı çizgi) dönüşür, son Şekil, Fermi denizine benziyor, aynı ilk tuzaktaki fermiyonları temsil edecek.
Hız dağılımları bir Fermi Denizi oluşturacak. Bu inanılmaz fenomeni göstermek için onunla işbirliği yapmaktan çok heyecan duyuyorum. Araştırma ekibi, optik kafesleri kullanarak bozon atomlarından oluşan bir dizi ultra soğuk tek boyutlu gazlar ("bozon gazları") oluşturdu. Optik kafes, atomları yakalamak için lazerler kullanıyor. Optik tuzakta sistem denge halindedir.Güçlü etkileşime giren Bose gazı fermiyon benzeri bir uzaysal dağılıma sahiptir, ancak yine de bir bozon hızı dağılımına sahiptir.Araştırmacılar kapana kısılmış ışığın bir kısmını kapattığında, atomlar bir boyutta genişler.
Bu genişleme sırasında, bozonların hız dağılımı sorunsuz bir şekilde fermiyonlarla aynı hız dağılımına geçer ve araştırmacılar bu geçişi gerçekleşirken izleyebilirler. Optik kafeslerdeki aşırı soğuk gazların dinamikleri, son yıllara kadar keşfedilmemiş birçok yeni büyüleyici olgunun kaynağıdır. Örneğin, Dave'in ekibi 2006'da Bose gazının tek boyutlu dinamiklerden geçtikten sonra sıcaklık kadar yaygın olan bir şeyin iyi tanımlanmadığını keşfetti.
Araştırma ekibi, bu keşfi deneysel teorik modeli tanımlayan, "bütünleştirilebilirlik" adı verilen güzel bir matematiksel özelliğe bağladı. Bütünleştirilebilirlik, yeni gözlemlenen dinamik fermiizasyon fenomeni çalışmasında merkezi bir rol oynar.Sistem "bütünleştirilebilir" olduğundan, araştırmacılar onu ayrıntılı olarak anlayabilirler. Araştırma ekibi, bu tek boyutlu gazların dinamik davranışını inceleyerek, fizikteki çok çeşitli problemleri çözmeyi umuyor.
Geçtiğimiz yarım yüzyılda, dengeli kuantum sistemlerinin birçok evrensel özelliği açıklığa kavuşturuldu ve dinamik sistemlerde evrensel davranışları belirlemek daha zor hale geldi. Araştırma ekibi, tek boyutlu bir gazın dinamiklerini tam olarak anlayarak ve ardından gazın bütünleşebilirliğini kademeli olarak azaltarak, dinamik kuantum sistemlerinin genel ilkelerini belirlemeyi umuyor. Dinamik ve etkileşimli kuantum sistemleri, temel fiziğin önemli bir parçasıdır ve bunların teknik ilgisi de artmaktadır. Çünkü birçok gerçek ve önerilen kuantum cihazı, kuantum simülatörleri ve kuantum bilgisayarlar dahil olmak üzere bu ilkelere dayanmaktadır.
On yıl önce bu alandaki herhangi bir teorisyene sorsaydınız, hayatımızda böyle bir şey görür miydik? "İmkansız" diyecekler, ama şimdi deney yapma fırsatı olduğuna göre, bilimsel araştırmanın gelişimini tahmin etmek gerçekten zor. Belki de yarın başka bir beklenmedik atılım olacak!
Brocade | Araştırma / Gönderen: Pennsylvania Eyalet Üniversitesi
Referans Dergisi "Bilim"
Brocade Park Bilim, Teknoloji, Araştırma, Bilim
Takip edin Bokeyuan Daha fazlasını görün Damei Universe Science
