kozmos.hr
Jeste li znali?

Mogu li se atomi zarobiti i zašto bismo to htjeli?

A-trapped-Atom-1536x922 (curiosmos)
objavljeno

Kvantni uređaji poput atomskog sata ili kvantnog računala ne mogu ispravno funkcionirati ako pojedinačni atomi ne mogu biti uhvaćeni i ‘manipulirani’.

‘Zarobljavanje’ atoma

Fizičari su razvili novu optičku ‘pincetu’ koja po prvi put hvata pojedinačne atome. Nema sumnje da je atome teško kontrolirati. Međutim, znanstvenici moraju uhvatiti i manipulirati pojedinačnim atomima kako bi upravljali kvantnim uređajima, poput kvantnih računala i atomskih satova.

No atomi se – dakako – odupiru ovom zarobljavanju budući da se ‘vole kretati’ slobodno. Zbog toga je atomima teško rukovati i uspijevaju pobjeći čak i iz najsnažnijih spremnika i podrhtavati čak i na temperaturama blizu apsolutne nule. U suštini mogli bismo reći da su prilično buntovni.

Atomi su građevni blokovi svemira i svega osim energije. U prošlosti se vjerovalo da su atomi najsitnije stvari u svemiru koje se ne mogu podijeliti. Izraz „atom“ dolazi od grčke riječi za nešto nedjeljivo. No kao što danas znamo atomi se sastoje od tri subatomske čestice: protona, neutrona i elektrona, a one pak sve sadrže još manje čestice koje se nazivaju kvarkovi.

Zašto ‘zarobiti’ atome?

Mogućnost povezivanja i kontrole pojedinačnih atoma u velikim nizovima može nam omogućiti da ih koristimo kao kvantne bitove – sićušne diskretne jedinice informacija koje se na kraju mogu koristiti za izvođenje izračuna brže od najbržih superračunala. Dakle, kontroliranje ‘buntovnih’ atoma nešto je što znanstvenici moraju i žele postići.

Istraživači s NIST-a i JILA-e — zajedničkog instituta Sveučilišta Colorado i NIST-a u Boulderu — sada su po prvi puta pokazali su da se atomi mogu uhvatiti u zamku pomoću nove minijaturizirane verzije ‘optičkih pinceta’ – sustava koji hvata atome laserskim zrakama kao štapićima za jelo.

Optičke pincete – izum za koji je 2018. godine dodijeljena i Nobelova nagrada za fiziku – u suštini su leće ili mikroskopski objektivi koji razdvajaju pojedinačne atome od okolnog vakuuma.

Nekonvencionalna metoda ‘hvataljke’

Tim NIST-a upotrijebio je nekonvencionalnu optiku umjesto leća – četvrtastu staklenu pločicu s utisnutim milijunima stupova visine samo nekoliko stotina nanometara koji zajedno funkcioniraju kao malene leće. Koristeći te metapovršine laserska se svjetlost fokusira u paru omogućujući pojedinačnim atomima da budu zarobljeni, manipulirani i snimljeni.

U proces je uključeno nekoliko koraka. U početku, ravni valovi svjetlosti pogađaju skupine nanostupova koji imaju posebno jednostavan oblik – tj. ravni valovi se ponašaju kao niz paralelnih slojeva svjetlosti s jednolikom valnom frontom ili fazom. Njihove oscilacije ostaju sinkronizirane dok putuju i ne razilaze se niti konvergiraju. Međutim, u prisutnosti nanostupova, ravni valovi se transformiraju u valove koji su pomalo neusklađen sa sljedećim valom, a rezultat je da susjedni valovi dosegnu svoje vrhunce malo u različito vrijeme.

Kako se ovi valovi kombiniraju ili interferiraju jedan s drugim, sva njihova energija koncentrirana je u jednoj točki – položaju zarobljenog atoma. Niz neovisnih atoma može biti zarobljen ovisno o kutu pod kojim ravni valovi svjetlosti pogađaju nanostupove. To omogućuje optičkom sustavu da uhvati atome koji se nalaze na malo drugačijim mjestima u nanostupovima.

Važnost i značaj nove studije

Nova studija koju je tim objavio opisuje proces koji je uključen u projektiranje, izradu i testiranje metapovršina i izvođenje eksperimenata hvatanja jednog atoma. Istraživači su izvijestili da su u zasebne spremnike uspješno uhvatili devet pojedinačnih atoma, a predviđaju da bi se stotine pojedinačnih atoma moglo zadržati povećanjem opsega i korištenjem višestrukih metapovršina ili optičkog sustava s velikim vidnim poljem. Atomi su uspješno zarobljeni na 10 sekundi što je omogućilo testiranje njihovih kvantno mehaničkih svojstava i pohranjivanje kvantnih informacija.

Ovo istraživanje moglo bi biti prvi korak prema procesu rutinskog hvatanja niza atoma – nešto čemu, kao što smo već rekli, znanstvenici teže i žele postići!

Obilježili smo rekordno najkraći dan na Zemlji

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr

 

 

Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.

Student povijesti koji u slobodno vrijeme voli čitati i pisati o svojim najdražim temama - povijesti, svemiru i astronomiji.