Fizikçiler ilk kuantum düğümleri üretiyorlar

Kuantum alanındaki uzun öngörülen nano yapıların ilk kanıtı

Kuantum-mekanik düğümün topolojik yapısı - dolaşık halka oluşumu. Beyaz halka, solitonun çekirdeğidir (aşağıya doğru alan) ve etrafındaki renkli bantlar, alan çizgilerinin bağlı yapısını temsil eden bir araya serilmiş tori dizisini tanımlar. Düğümün kenarlığı koyu gri çizgilerin yanından geçer (alan yukarı doğru). © David Hall
Yüksek sesle okuma

Karışık kuantum halkaları: İlk kez fizikçiler kuantum mekaniği alanında tek düğümlü düğümler ürettiler. Bu parçacık benzeri kuantum düğümleri teorik olarak uzun süredir tahmin edildi, ancak ancak şimdi onları bir Bose-Einstein kondensatında üretip tespit edebildiler. Nature Physics dergisindeki araştırmacılara göre, bu, kuantum düğümlerin yeni bir döneminin başlangıcıdır.

Gündelik hayatta, budaklar genellikle iki serbest ucu olan iplerde veya kordlarda yapılır. Bununla birlikte, matematik ve fizikte, düğümler üç boyutlu bir uzayda kapalı eğriler olarak tanımlanır - ilke olarak, bir tür Gordian düğümüdür. Çünkü bu düğümler serbest uçlara sahip değildir ve hareket ettirilebilir ancak koparılmadan gevşetilemez.

Quanta aleminde insan avı

Araştırmacılar uzun zamandır kuantum dünyasında da düğüm benzeri yapıların bulunduğundan şüpheleniyorlar. Orada kendilerini solunanlar, kuantum alanındaki partikül benzeri rahatsızlıklar olarak adlandırıyorlar. Bu tür düğümlerin iki boyutlu versiyonlarının bir örneği, birkaç yıl önce fizikçilerin amaçlı olarak ürettikleri yüzeylerde manyetik nano omurları olan gök kirişleridir.

Ancak, tamamen eğitilmiş, üç boyutlu kuantum düğümleri kuantum krallığında tespit edilmemiştir. Finlandiya'daki Aalto Üniversitesi'nden kıdemli yazar Mikko Mottönen, “On yıl boyunca, fizikçiler kuantum alan düğümlerinin teorik olarak mümkün olabileceğine, ancak hiç kimsenin bunları üretmede başarılı olamayacağına inanıyorlardı” diyor. Ancak, o ve meslektaşları başardı.

Düğüm oluşumu sırasında Bose-Einstein'ın yoğunlaştırıcı çekimleri. Işık parçacıkların yoğunluğunu yukarı veya aşağı alan yönüne göre gösterir. © David Hall

Yoğuşmadaki bağlı halkalar

Araştırmaları için araştırmacılar önce rubidyum atomlarının bir Bose-Einstein kondensatını üretti. Bu güçlü şekilde aşırı soğutulmuş durumda, atomlar tek bir büyük atom gibi davranır. Kuantum durumları artık birbirinden ayırt edilemez ve bu nedenle dirençsiz, süper akışkan bir sıvı gibi reaksiyona girer. Bu yoğunlaşma daha sonra özel olarak uyarlanmış bir manyetik alanın hızlı değişimlerine maruz kalır. ekran

Bose-Einstein kondensatının merkezinde, bu, tüm manyetik alanların sıfır değerini aldığı saniyenin binde birinden küçük bir alanda sonuçlanır. Ve bu kuantum düğümünü oluşturdu. Araştırmacılar, "Bu çözümün çekirdeği, yalnızca yoğunlaşan kenarın kenarındaki yükseltilmiş parçacık yoğunluğunun bir halkası olarak görülebilir, bu daha sonra daha da daralır" diyor. Son olarak, kuantum düğümü kendisini bağlı halkaların bir yapısı olarak kurar.

"Yeni Kuantum Düğümleri"

M tt nen, “Bu kuantum düğümü ra'nın başlangıcı” diyor. “Düğümlü çekirdeklere sahip olanlar gibi daha da karmaşık kuantum düğümlerinin ortaya çıkmasını gözlemleyebilsek harika olurdu.” Ve bu pek mümkün değil çünkü “fizikçiler” açıkça “hile” yi attılar. : “İlk kuantum düğümünü nasıl yaratacağımızı öğrendikten sonra, daha iyi ve daha iyi olduk. Bu arada, yüzlerce düğüm ürettik. "

Araştırmacılara göre, kuantum düğümlerinin tespiti kozmolojiden nükleer araştırmalara ve kuantum bilgisayarlarına kadar birçok uzmanlık alanı için anlam taşıyabilir. Şimdi, daha sonraki deneylerde kuantum düğümlerinin özelliklerini araştırmak ve bu yapıların daha uzun sürdüğünü ve daha iyi nasıl stabilize edilebileceğini bulmak istiyorlar. (Nature Physics, 2016; doi: 10.1038 / nphys3624)

(Aalto Üniversitesi, 19.01.2016 - NPO)