Новости Наука Расстреляв алмаз лазером, физики породили квантовую вибрацию
Ученые впервые наблюдали при комнатной температуре квантовую вибрацию — явление, которое обычно требует очень холодной, тщательно откалиброванной среды. Этот эксперимент стал еще одним шагом на пути к пониманию того, как законы квантовой механики влияют на обычные материалы.
Команда исследователей смогла обнаружить фонон — квантовую частицу вибрации, генерируемую высокочастотными лазерными импульсами, в кусочке алмаза. Обычно фононы очень трудно засечь, отчасти из-за их чувствительности к теплу. Фононы исключительно важны для физиков потому, что благодаря им вибрация действует и как единица энергии (как описано в квантовой механике), и как волна (как описано в классической физике). По словам исследователей, при комнатной температуре эксперимент максимально приближен к нашей повседневной жизни.
Физик Вивишек Судхир из Массачусетского технологического института (MIT) поясняет, что данный эксперимент «разрушает разницу в восприятии между нашим повседневным опытом и тем, что постулирует нам квантовая физика». Эксперимент, проведенный Судхиром и его коллегами, включал в себя выстрелы из лазера со скоростью 80 миллионов импульсов в секунду. Это было сделано для того, чтобы попытаться возбудить фононы, покоящиеся в алмазе.
Исследователи надеялись, что вспышек фотонов (единиц светового излучения), переносимых лазерными импульсами, будет достаточно, чтобы вызвать взаимодействие с одним фононом. В результате должен возникнуть волновой сдвиг, который затухает со временем — процесс, известный как комбинационное рассеяние света.
Второй лазерный импульс использовался для подтверждения эффекта: он снимал возбуждение с первоначального всплеска энергии, оставляя исследователям новый высокочастотный фотон — явный признак того, что импульс возбудил еще один фонон по пути, и, таким образом, создал ту самую квантовую вибрацию.
Исследователи надеются, что эту же технику можно использовать для изучения других «общих материалов» и обнаружения в них квантовых колебаний. Это также может способствовать исследованию сверхпроводящих свойств, обнаруженных в некоторых материалах. В дальнейшем подобные эксперименты могут указать нам на материалы, которые будут пригодны для создания квантовых компьютеров будущего — такие материалы должны будут способны переносить фононы.
