Ученые сумели заставить макрочастицу подчиниться законам квантовой физики

Специальную оптическую ловушку, способную удерживать в себе наночастицы так, что они начинают вести себя подобно двухмерным квантовым объектам, с помощью которой физики надеются выявить границу между квантовым и классическим миром, разработали ученые из Австрии и ОАЭ. Об этом 6 марта сообщила пресс-служба Инсбрукского университета.

Пресс-служба вуза привела пояснения полученного физиками эффекта, данные научным сотрудником Инсбрукского университета Карлосом Гонсалес-Бальестеро:

«Полная остановка движения частиц сразу по нескольким направлениям является ключом для изучения новых проявлений квантовой физики. В прошлом этого не удавалось сделать из-за того, что мы не могли заставить зеркала, между которыми находится частица, работать таким образом, чтобы они подавляли движение частиц сразу по нескольким осям».

Разработанная ловушка даст возможность ученым превращать даже макроскопические объекты, например, наночастицы в подобия двухмерных квантовых объектов и изучать их свойства. Это позволит им найти ту границу, которая разделяет микромир, подчиняющийся законам квантовой механики, и макромир, в котором справедливы законы классической физики.

Актуальным этот вопрос о границе стал тогда, когда начались разработки всё более сложных квантовых компьютеров. Кроме того, американские и австрийские физики продемонстрировали научной общественности в нескольких экспериментах, что макрообъекты, состоящие из сотен тысяч и миллионов атомов, подчинялись законам квантовой механики.

Проблема в изучении таких макроструктур в том, отметили Гонсалес-Бальестеро и его коллеги, что они постоянно двигаются, взаимодействуя с объектами окружающего мира. Поэтому для доказательства их «квантовости» было необходимо, изолировав их от окружающей среды, остановить это движение по трем осям.

Для остановки движения наночастиц по одной оси ученые ранее создали специальные оптические ловушки, представляющие собой набор зеркал и лазерных излучателей, с помощью которых можно заставить эти структуры «парить» в одной и той же точке пространства.

Но при попытках создания двумерных или трехмерных ловушек им нужно было научиться избавляться от помех, возникающих при взаимодействии нескольких лазерных лучей, необходимых для удержания частицы по двум или трем осям. Такие помехи, называемые «темной модой».

Эти помехи, дестабилизируя частицу, пойманную в ловушку, заставляли ее совершать хаотические движения. Эффект «темной моды» удалось преодолеть физикам из Австрии и ОАЭ с помощью подбора частот колебаний этой частицы по двум разным осям. Их прибор сумел заставить стеклянный шар диаметром в 140 нанометров и массой в 0,0034 нанограмма вести себя как двумерный квантовый объект.

Ученые намерены изучить свойства полученного объекта, а далее приступить к разработке уже трехмерной оптической ловушки, используя те же принципы. Это позволит физикам вплотную приступить к поискам границ между классической и квантовой физикой.