Учёные экспериментально подтвердили квантовый эффект, позволяющий сделать материю невидимой
Учёные экспериментально подтвердили квантовый эффект, позволяющий сделать материю невидимой

Учёные экспериментально подтвердили квантовый эффект, позволяющий сделать материю невидимой

21 ноября, 20212 минуты на чтение
Подписывайтесь на [Код // Дурова] в Telegram[Код // Дурова] в Telegram

Необычный квантовый эффект, предсказанный несколько десятилетий назад, наконец-то был экспериментально подтверждён. Речь идёт об известном квантовом явлении «блокировка Паули», при котором плотный квантовый газ внезапно становится прозрачным после экстремального охлаждения и сжатия.

Сотрудники Массачусетского технологического института использовали лазеры для сжатия и охлаждения газообразного лития до плотностей и температур, достаточно низких для того, чтобы он начал рассеивать значительно меньшее количество света. После охлаждения до сверхнизких температур и сжатия лазером было замечено, что газ становится «полупрозрачным» – он частично перестал отражать и рассеивать фотоны, пропуская их.

Учёные уверены, что если удастся охладить газ до температуры, которая максимально близка к абсолютному нулю (-273,15° Цельсия) и сжать его ещё сильнее, то всё приведёт к тому, что газ вообще перестанет отражать свет и станет полностью невидимым.

Мы наблюдали пример блокировки Паули, которая не дает атому сделать то, что предписано атомам по природе — рассеять свет, — отметил старший автор исследования, профессор физики Массачусетского технологического института, нобелевский лауреат Вольфганг Кеттерле. — Это первое экспериментальное доказательство существования эффекта Паули.

Принцип был сформулирован известным австрийским физиком Вольфгангом Паули в 1925 году. Паули утверждал, что все так называемые элементарные частицы фермионы – протоны, нейтроны и электроны не могут существовать в одном и том же пространстве с одинаковым квантовым состоянием.

В случае, если бы фермионы находились в одном и том же квантовом состоянии, то все предметы проваливались бы сквозь поверхности, да и само их образование было бы невозможно.

К примеру, атомы в газовом облаке имеют достаточное количество свободных энергетических уровней. При столкновении атома газа с фотоном атом перейдёт на другой энергетический уровень и рассеет фотон света.

Электроны атома расположены в энергетических уровнях, подобно зрителям на арене, каждый электрон занимает одно сидячее место и не может опуститься на более низкий ярус, если все его стулья заняты. Это фундаментальное свойство атомной физики известно как принцип исключения Паули и оно объясняет структуру атомов, разнообразие периодической таблицы элементов и стабильность материальности Вселенной.

Атомы в квантовых состояниях (на примере зрителей) | a) высокая температура б) низкая температура

Принцип блокирования Паули можно проиллюстрировать аналогией с людьми, заполняющими места на арене. Каждый человек представляет атом, а каждое сидячее место – квантовое состояние. При высоких температурах атомы находятся беспорядочно, поэтому каждая частица может рассеивать свет. При низких температурах атомы теснятся друг к другу. Но только те, у кого достаточно свободного места с края могут рассеивать свет.

В таких условиях фермионам сложнее поглощать, отражать свет. Фотоны начинают свободно пролетать сквозь атомы, вещество становится прозрачным, то есть невидимым.

Учёные продемонстрировали этот эффект экспериментально. Они охладили облако из атомов лития и сблизили частицы. В итоге вещество стало на 38% «прозрачнее», чем при комнатной температуре.

Отмечается, что с помощью блокировки Паули можно не только создавать невидимые материалы. Эффект можно использовать при разработке светоподавляющих материалов для предотвращения потери информации в квантовых компьютерах. В настоящий момент они теряют информацию (переносимую светом) из-за квантовой декогеренции — нарушения связи или схлопывание квантовой функции при взаимодействии с окружающей средой.

21 ноября, 2021
Подписывайтесь на [Код // Дурова] в Telegram[Код // Дурова] в Telegram
Показать все