Tek boyutlu bir dünyada boşanma

Tek boyutlu bir dünyada boşanma
Yazıyı beğendiyseniz lütfen Paylaşın


Tek boyutlu bir dünyada boşanma

Grafik A, bir videonun tek kareleri gibi kuantum simülatöründeki atom zincirini gösterir. Zaman yukarıdan aşağıya doğru çalışır. En üstte bozulmamış zinciri görebilirsiniz. İkinci pozisyonda bir atom dışarı atılır. Holon (açık gri) spinondan (turuncu) daha hızlı hareket eder. Grafik B, mikroskop görüntüsünde söndürme (alt sıra) sonrasında zincirin durumunu gösterir. Yukarı dönüşlü atomlar üst sırada, aşağı dönüşlü atomlar alt sırada ve sinyalsiz yerler delik içerir. Kredi bilgileri: Max Planck Kuantum Optik Enstitüsü

Gündelik nesnelerde, sağ veya ön olmadan arkada hiçbir sol yoktur. Aynen ayrılmaz elektronun elektrik yükü ve “dönüşü” gibi görünüyor. Ancak kesinlikle tek boyutlu bir kuantum dünyasında, her iki kuantum özelliği de birbirinden ayrılabilir. Bu 50 yıllık tahmin, Münih Kuantum Bilim ve Teknoloji Merkezi’nden (MCQST) bir ekip tarafından yapılan bir deneyle doğrulandı.

Garching’deki Max Planck Kuantum Optik Enstitüsü’nden fizikçiler başrol oynuyor. Şimdi dergide yayınlanan başarılı gösterileri için Bilim (“Fermiyonik Hubbard Zincirlerinde Spin-Charge Dekonfinasyonunun Zamana Bağlı Gözlemi”), kuantum simülatörü kullandılar. Böyle özel bir kuantum bilgisayarı, günümüzde geleneksel süper bilgisayarlar için imkansız bir şekilde zorlayıcı olan bir malzemenin kuantum özelliklerini tam olarak tahmin edebilir.

“Bir bilim adamı olarak, bir elektron düşündüğünüzde, belirli bir elektrik yükü ve belirli bir dönüş ile bağlı bir birim düşünürsünüz,” diye açıklıyor Ph.D. Jayadev Vijayan. Christian Gross ve Immanuel Bloch grubunda öğrenci, Garching’deki Max Planck Kuantum Optik Enstitüsü’nün direktörü. Spin bir tür kuantum mekanik jiroskop olarak düşünülebilir. Ama çok daha fazlası, çünkü özel dönüşü bir elektronu günümüzün yarı iletken elektroniklerinin de temelini sağlayan kuantum özelliklere sahip bir fermiyona dönüştürüyor.

Bu nedenle, bir elektronun yükü ve spininin ayrılmaz bir şekilde bağlı olduğu kabul edilir. Ancak 50 yıldan fazla bir süre önce, bilim adamları, kesinlikle tek boyutlu bir dünyada, bu güvenilir şarj ve spin birlikteliğinin ayrılabilir olabileceği şaşırtıcı bir farkına vardılar. Açık bir inci kolyeyi düz bir ok gibi çekerseniz, temelde böyle bir boyutlu bir dünya yarattınız.

Deneyde, inciler manyetik atomlardır. Bu atomların her birinde, ekransız dönüşü atomu küçük bir manyetik iğneye dönüştüren özel bir elektron vardır. Manyetik iğnelerin zıt kutupları birbirini çektiğinden, ip üzerindeki komşu manyetik iğne boncukları zıt yönlerde hizalanır: bir kuzey kutbu bir pozisyonu yukarı doğru, bir sonraki komşu kuzey kutbu aşağıya, sonra bir sonraki fakat bir kez daha yukarı, yani yukarı ve aşağı dönük bir alternatif spin zinciri (şekle bakınız).

Bu deneyin başlangıç ​​noktasıdır. Tahmin şimdi şöyle diyor: Eğer böyle bir tek boyutlu kuantum inci zinciri bozulursa, o zaman bir elektronun yükü ve dönüşü atomik bir inci içinde birbirinden ayrılabilir. Sonra her ikisi de zincir boyunca iki ayrı kuasipartikül olarak çalışmalıdır. Bu yarı parçacıklar, bir yangın söndürme zincirinde farklı hızlarda iletilen bir kova su ve bir kova kum olarak düşünülebilir.

Münih ekibi de deneysel bir zorlukla karşılaştı. Günümüzün nanoteknolojisi tek boyutlu atomik “inci zincirler” üretebilir.

“Ancak elektronlar bir nanometrenin onda biri kadar bir mesafeyle ayrılıyor,” diye açıklıyor doktora. Öğrenci. Bir metrenin milyarda birinin onda biri, malzemelerdeki atomlar arasındaki mesafe için tipiktir. Bu, mikroskop altında gözlemlemek için çok küçüktür, bu da davranışlarını incelemeyi imkansız hale getirir.

Kuantum simülatörü

Münih kuantum simülatörü burada devreye giriyor. Prensip olarak, inci kolyenin ipini bir lastik bantla değiştirmek gibi çalışır. Ve lastik bant, atomik boncuklar arasındaki mesafenin kabaca 10.000 kat daha fazla olması için ayrılır. Bu mikrometre aralığı şimdi bir ışık mikroskobu ile çözülebilir. Lazer ışığı yanmalarına neden olduğunda küçük atomlar görünür hale gelir.

Deneyde, “lastik bant” kesişen lazer ışık huzmelerinden oluşan bir ızgaradan oluşur. Her ışık kesişimi bir atomu yakalayan küçük bir tuzak gibi davranır, bu durumda bir lityum atomu. Gerçek malzemelerde elektron gibi davranmalarını sağlamak için, önce vakumda ultra düşük sıcaklıklara soğutulmaları gerekir.

Lityum atomları fermiyoniktir, yani blendajsız bir elektron spini ile taşınan küçük mıknatıslardır. Şimdi, fizikçiler bu dönüşü kuantum simülatörlerinde görünür kılmak için bir numara bulmak zorundaydılar. Bunu yapmak için, özel olarak tasarlanmış bir manyetik alanın varlığında ışık zincirlerini kısa bir süre için gevşetirler. Sonuç: Atomlar, spinlerinin yönüne bağlı olarak inci zincirinden hafifçe yukarı veya aşağı doğru kesilir.

Feynman’ın Rüyası

Atom zinciri hazırlanır olmaz fizikçiler, lazer ışığı ile zincirin ortasından bir atom atarlar. “Söndürme” adı verilen bu rahatsızlık, zincirde iki kuasipartikül oluşturur. İlk kuasipartikül, çıkarılan atomun bıraktığı deliktir. Bu “holon”, elektron yükünün kuantum özelliğini içerir. Spinon adı verilen ikinci kuasipartikül, holon boşluğunun geride bıraktığı iki bitişik paralel spinden oluşur. Yukarı ve aşağı dönük alternatif spinlerin arka planıyla karşılaştırıldığında, bu spinon söndürme işleminden fazla bir sıkma taşır.

Kuantum simülatörleri ile ekip, iki perturbasyonun atom zinciri boyunca nasıl seyahat ettiğini tam olarak takip edebildi. Aslında, farklı hızlarda hareket ettikleri ve birbirine bağlı olmadıkları ortaya çıktı. Böylece şarj ve sıkma birbirinden tamamen bağımsızdır ve tıpkı yangın söndürme zincirindeki su ve kum kovaları gibi mükemmel şekilde ayrılmıştır.

Bir yandan, bu sonuç kuantum fiziğinde temel araştırma perspektifinden heyecan vericidir. Yük ve spin ayrılabilirliği bir gün kuantum bilgi teknolojisinde büyüleyici uygulamalar bulabilir. Bununla birlikte, her şeyden önce, Garching deneyi kuantum simülatörlerinin ciddiye alınacak bir teknolojiye dönüştüğünü başarıyla göstermektedir.

1980’lerde, ünlü Nobel Ödülü sahibi Richard Feynman, mükemmel erişilebilir ve kontrol edilebilir analog kuantum sistemleri kullanarak, deneysel olarak erişilmesi zor olan malzemelerin kuantum sistemlerinin davranışını anlamanın mümkün olacağını hayal etti. Geleneksel süper bilgisayarlar bile bu tür kuantum sistemlerin bazılarını tam olarak hesaplayamaz. Ancak bu zarif olasılık, ışık ızgaralarındaki ultra soğuk atomlar tarafından sunulmaktadır.

Jayadev Vijayan, “Gelecekte bu, örneğin oda sıcaklığında süper iletken hale gelen yeni malzemelerin hedefli tasarımını mümkün kılabilir.” Feynman’ın bir kuantum simülatörü hayali şimdi gerçeğe dönüşüyor.


Atomik taşımada belirgin bir dönüş


 

Kaynak

admin

Talebemektebi bir sevdanın hikayesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir