Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες παρατήρησαν μεμονωμένα άτομα να αιωρούνται ελεύθερα και να αλληλεπιδρούν στον χώρο. Η ανακάλυψη βοηθά να επιβεβαιωθούν ορισμένες από τις πιο βασικές αρχές της κβαντομηχανικής, οι οποίες είχαν προβλεφθεί πριν από περισσότερο από έναν αιώνα αλλά δεν είχαν ποτέ άμεσα επαληθευτεί.
Τα μεμονωμένα άτομα είναι διαβόητα δύσκολο να παρατηρηθούν λόγω της κβαντικής τους φύσης. Οι ερευνητές δεν μπορούν, για παράδειγμα, να γνωρίζουν ταυτόχρονα τη θέση και την ταχύτητα ενός ατόμου, εξαιτίας των «κβαντικών παραξενιών». Ωστόσο, χρησιμοποιώντας συγκεκριμένες τεχνικές λέιζερ, έχουν καταφέρει να απεικονίσουν νέφη από άτομα.
«Είναι σαν να βλέπεις ένα σύννεφο στον ουρανό, αλλά όχι τα μεμονωμένα μόρια νερού που το απαρτίζουν», δήλωσε σε ανακοίνωση ο φυσικός Martin Zwierlein του MIT και συν-συγγραφέας της νέας έρευνας.
Ελεύθερα άτομα: Παρατήρηση με νέα τεχνική
Η νέα μέθοδος προχωρά ένα βήμα παραπέρα, επιτρέποντας στους επιστήμονες να καταγράψουν εικόνες από «ελεύθερα» άτομα στο κενό. Πρώτα, ο Zwierlein και οι συνεργάτες του συγκέντρωσαν ένα νέφος από άτομα νατρίου μέσα σε μία χαλαρή παγίδα σε υπερκρύες θερμοκρασίες. Στη συνέχεια, έστειλαν ένα πλέγμα από λέιζερ μέσα από το νέφος ώστε να παγώσουν προσωρινά τα άτομα στη θέση τους. Ένα δεύτερο, φθορίζον λέιζερ φώτισε τότε τις θέσεις των μεμονωμένων ατόμων.
Τα παρατηρηθέντα άτομα ανήκουν σε μία ομάδα που ονομάζεται μποζόνια. Αυτά τα σωματίδια μοιράζονται την ίδια κβαντική κατάσταση και, ως αποτέλεσμα, συμπεριφέρονται σαν κύμα, συγκεντρώνοντας το ένα κοντά στο άλλο. Η έννοια αυτή προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Γάλλο φυσικό Louis de Broglie το 1924 και έκτοτε έχει γίνει γνωστή ως «κύμα de Broglie».
Στη φυσική, σύμφωνα με την υπόθεση που διατύπωσε πρώτος ο Γάλλος φυσικός, η ύλη μπορεί να έχει κυματική συμπεριφορά (κυματοσωματιδιακός δυϊσμός) και επομένως τα υλικά σωματίδια συμπεριφέρονται σε ορισμένες περιπτώσεις ως κύματα, γνωστά και ως κύματα ντε Μπρολί ή Υλοκύματα.
Και πράγματι, τα μποζόνια που παρατήρησε η ομάδα του Zwierlein παρουσίασαν τη συμπεριφορά κύματος de Broglie. Οι ερευνητές κατέγραψαν επίσης εικόνες από φερμιόνια λιθίου – ένας τύπος σωματιδίων που απωθεί παρόμοια σωματίδια αντί να συγκεντρώνεται μαζί τους.
Δημοσίευση και μελλοντικά σχέδια
Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στις 5 Μαΐου στο επιστημονικό περιοδικό Physical Review Letters. Δύο άλλες ερευνητικές ομάδες ανέφεραν ότι χρησιμοποίησαν παρόμοια τεχνική για να παρατηρήσουν ζεύγη από μποζόνια και φερμιόνια στο ίδιο τεύχος του περιοδικού.
«Είμαστε σε θέση να δούμε μεμονωμένα άτομα μέσα σε αυτά τα ενδιαφέροντα νέφη από άτομα και να παρατηρήσουμε τι κάνουν σε σχέση το ένα με το άλλο, κάτι που είναι υπέροχο», είπε ο Zwierlein.
Στο μέλλον, η ομάδα σκοπεύει να χρησιμοποιήσει τη νέα τεχνική – η οποία ονομάζεται «μικροσκοπία με ατομική ανάλυση» (atom-resolved microscopy) – για να διερευνήσει άλλα φαινόμενα της κβαντομηχανικής. Για παράδειγμα, ενδέχεται να τη χρησιμοποιήσουν για να προσπαθήσουν να παρατηρήσουν το «κβαντικό φαινόμενο Hall», όπου τα ηλεκτρόνια συγχρονίζονται υπό την επίδραση ισχυρού μαγνητικού πεδίου.
VIA: FoxReport.gr
