Jak informuje dr Pawłowski, naukowcy prowadzą badania nad zderzeniami materii schłodzonej do egzotycznego stanu, zwanego kondensatem Bosego-Einsteina. Wyniki pomiarów wskazują, że w warunkach doświadczenia atomy helu ujawniają swą kwantową naturę i zachowują się bardzo podobnie jak światło.
"W ramach grupy zajmujemy się budową modelu teoretycznego, tłumaczącego zjawiska zaobserwowane przez naszych francuskich kolegów podczas zderzeń atomów w kondensacie Bosego-Einsteina" - wyjaśnia dr Ziń. Gałąź fizyki zajmująca się takimi efektami jest znana jako kwantowa optyka atomowa.
"W przyszłości kwantową optykę atomową będzie można wykorzystać m.in. przy badaniu słynnych nierówności Bella, służących do testowania najbardziej fundamentalnych kwantowych cech naszej rzeczywistości, takich jak lokalność oddziaływań czy wpływ procesu obserwacji na obserwowany obiekt" - informuje rzecznik IPJ.
Jak wyjaśnia, dalekosiężnym celem doświadczeń ze zderzeniami kondensatów Bosego-Einsteina jest zbudowanie źródeł par pojedynczych atomów znajdujących się w dokładnie znanym stanie kwantowym. Źródła tego typu byłyby atomowymi odpowiednikami źródeł pojedynczych fotonów, które w ostatnich latach zrewolucjonizowały optykę kwantową. Nie tylko pozwoliły na badanie nowych zjawisk fizycznych, ale także znalazły zastosowanie w komercyjnie dostępnej kryptografii kwantowej, metodzie przesyłania danych, w której prawa fizyki gwarantują całkowitą poufność przekazu.
Kondensat Bosego-Einsteina jest uważany czasem za odrębny stan skupienia materii (obok plazmy i trzech "zwykłych" stanów spotykanych w warunkach ziemskich).
Fizyczną naturę kondensatu najłatwiej zrozumieć odwołując się do analogii ze światłem. "Światło zostało opisane po raz pierwszy za pomocą równań Maxwella, gdzie jest falą pola elektromagnetycznego. Dopiero później udało się odkryć, że można je traktować także jako zbiór cząstek - fotonów. W przypadku kondensatu Bosego-Einsteina mamy do czynienia z podobną sytuacją, ale odkrywaną w odwrotnej kolejności: okazało się, że w bardzo niskich temperaturach atomy gazu samoczynnie przechodzą do stanu, w którym można je opisać kolektywnie za pomocą pewnego pola, nazywanego ozonowym" - wyjaśnia dr Pawłowski.
Jak zauważa, choć termin "kondensat" zazwyczaj kojarzy się z czymś gęstym, to w rzeczywistości kondensaty Bosego-Einsteina to chmurki gazów o gęstości milion razy mniejszej od powietrza. "W nazwie nie chodzi o kondensację materii, lecz o fakt, że wszystkie atomy +kondensują+ do tego samego stanu kwantowego, co oznacza, że każdy atom zachowuje się tak samo" - wyjaśnia dr Ziń.
Międzynarodowa grupa naukowców, kierowana przez słynnego francuskiego fizyka Alaina Aspecta, zajmuje się w paryskim Instytucie Optyki badaniem zderzeń kondensatów Bosego-Einsteina. Kondensat wytwarza się tam z metastabilnego atomowego helu, schłodzonego do temperatury rzędu milionowej części kelwina. Metastabilność oznacza, że atom helu przebywa w stanie wzbudzonym o pewnej trwałości. Energia takiego stanu wzbudzonego jest wyższa niż najniższa dopuszczalna przez prawa fizyki energia stanu podstawowego.
Jak opisuje dr Pawłowski, po utworzeniu w komorze próżniowej obłoku kondensatu o rozmiarach mikrometrowych, jest on uwalniany z pułapki magnetycznej, a jego dwa przeciwległe fragmenty zostają pchnięte ku sobie za pomocą impulsów światła laserowego. "Dochodzi do zderzeń, w których uczestniczą pary atomów. Atomy te są wytrącane z obłoku i po kilkuset milisekundach opadają na matrycę czujników - mikrokanałowych detektorów. Detektory rejestrują pojedyncze atomy z prawdopodobieństwem 10 proc." - wyjaśnia.
Matryca detektorów wykonuje "zdjęcie" rozkładu atomów w danej chwili. Dzięki serii "zdjęć" fizycy potrafią odtworzyć przestrzenną strukturę zderzających się chmur i zobaczyć, dokąd trafiły atomy. W eksperymencie istotny jest fakt, że opadające atomy nadal mają świetnie określony stan kwantowy.
"Obecnie badamy korelacje, jakie pojawiają się między atomami uczestniczącymi w zderzeniach. Zderzenia te wydają się zachodzić zgodnie z prawami fizyki klasycznej, lecz detektory pokazują, że uczestniczące w nich atomy trafiają w miejsca matrycy, w których ich obecność można wytłumaczyć wyłącznie za pomocą zjawisk kwantowych" - przedstawia istotę pomiarów dr Ziń.
Jak zaznacza dyrektor IPJ prof. Grzegorz Wrochna, w badaniach podstawowych naukowcy nie oczekują, że wiedzę dziś uzyskaną uda się szybko zastosować. "Nie mamy jednak wątpliwości że wiedze tę wykorzystają z wielkim pożytkiem nasze dzieci i wnuki, tak jak my dziś w tysiącach urządzeń wykorzystujemy efekty pracy naszych poprzedników - wykorzystujemy w sposób, o którym im kilkadziesiąt lat temu nawet się nie śniło" - dodaje. EKR
Administratorem danych osobowych jest Media Pakiet Sp. z o.o. z siedzibą w Białymstoku, adres: 15-617 Białystok ul. Nowosielska 50, @: biuro@elektroonline.pl. W Polityce Prywatności Administrator informuje o celu, okresie i podstawach prawnych przetwarzania danych osobowych, a także o prawach jakie przysługują osobom, których przetwarzane dane osobowe dotyczą, podmiotom którym Administrator może powierzyć do przetwarzania dane osobowe, oraz o zasadach zautomatyzowanego przetwarzania danych osobowych.
