Впервые получено изображение превращения одиночных атомов в квантовые волны

Частицы и волны в нашей Вселенной могут находиться в двух этих состояниях. Этот вызов ожидаемой двоичной системе присутствует повсюду, но он становится решающим на квантовом уровне. Корпускулярно-волновой дуализм изучают уже более 100 лет с помощью множества экспериментов, но теперь физики смогли заснять его на камеру. Результаты исследования были опубликованы на сервере препринтов arXiv, пишет IFLScience.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

На первом в своем роде изображении физики смогли запечатлеть тот момент, когда отдельные атомы лития начинают действовать как волновые пакеты. Уравнения, которые управляют этим, были известны с первых дней существования квантовой механики, поэтому ученые точно знали, как изменится система. Проблема заключалась в технике изображения.

Авторы исследования сравнивают свой метод визуализации с пикселями обычной цифровой камеры. Сначала они охладили атомы лития почти до абсолютного нуля с помощью лазеров. Эти атомы были заключены в оптическую решетку, но у них было достаточно времени, чтобы превратиться в локализованный волновой пакет.

Оптическую решетку отключили, чтобы волна атомов могла расшириться перед повторным включением, что превратило волновой пакет снова в состояние частицы. Захваченный атом при этом светился и это можно было увидеть с помощью микроскопа. Метод визуализации повторяли много раз и таким образом ученые смогли оценить всю плотность волновой функции.

По словам физиков, волновые пакеты являются одним из наиболее простых проявлений корпускулярно-волнового дуализма. Но несмотря на это было проведено мало экспериментов, посвященных расширение волнового пакета одной частицы для наблюдения его напрямую и с хорошим разрешением.

Авторы исследования говорят, что, учитывая хорошо изученное поведение волновых пакетов, они являются отличным объектом для проверки нового метода визуализации.

Ученым удалось продемонстрировать надежность нового метода, который позволяет получить представление о квантовом поведении волновых пакетов, не оказывая на них серьезного влияния. Теперь ученые хотят использовать свой метод для изучения более своеобразных состояний материи.

Ученые планируют использовать свой метод визуализации, чтобы напрямую изучить микроскопические свойства сильно взаимодействующих фермионных систем. Поведение этих систем гораздо менее изучено, чем поведение волновых пакетов.

Ученые считают, что это может улучшить понимание таких состояний материи, которое присутствует в чрезвычайно плотных нейтронных звездах, также плазма элементарных частиц, обнаруженных вскоре после Большого взрыва.

Как уже писал Фокус, физики смогли создать синтетические алмазы всего за 2,5 часа без применения огромного давления. Сейчас на это уходят недели. А естественные алмазы вообще формируются в течение миллиардов лет в недрах Земли.

Также Фокус писал о том, что космический телескоп NASA обнаружил загадочную планету-изгой, которая свободно летит в космосе.