Физики нашли способ озвучивать квантовые эксперименты

Устройство вносит звуковое измерение в ранее бесшумные эксперименты в области квантовой науки. В частности, оно сможет «озвучить» оптическую решетку. Оптическая решетка — это объект, созданный за счет интерференции встречных лучей лазера. Оптическая решетка способна захватывать и упорядочивать нейтральные атомы, создавая из них кристаллоподобную упорядоченную атомную структуру. Оптическая решетка зачастую используется для изучения фундаментальных характеристик твердых тел и различных фаз материи, имеющих повторяющуюся геометрию.

Слышать атомы

После десяти лет разработки и тестирования группа физиков из Уиверситета Пенсильвании и Университета Сент-Эндрюс создали первую звучащую оптическую решетку. Для этого они поместили оптическую решетку между двумя изогнутыми зеркалами с высокой отражающей способностью. Атомы оптической решетки как бы отражались в фотонах, которые в свою очередь отражались зеркалами, двигаясь туда и обратно между зеркальными поверхностями. Обратная связь заставляет фотоны вести себя как «фононы» — частицы звука. Если бы к оптической решетке можно было приложить ухо, была бы слышна вибрация с частотой около 1кГц.

Источником атомов в оптической решетке был ультрахолодный квантовый газ рубидия, который сам по себе является сверхтекучей жидкостью (это фаза вещества, в которой атомы могут течь вихрями без сопротивления). Под воздействием света сверхтекучий рубидий самопроизвольно перестраивается в сверхтвердое тело — редкую фазу вещества, одновременно демонстрирующую упорядоченность, как в в атомарных кристаллах, и необычайную текучесть, характерную для сверхтекучих жидкостей.

Таким образом, оптическая решетка из ультрахолодного квантового газа рубидия, даже приняв упорядоченный кристаллообразный вид, все равно могла перемещаться в виде волн, тем самым создавая звук (звуковые волны). Чтобы инициировать волну, в резонаторе применялся модулятор, меняющий свойства лазерного излучения в оптической решетке.

Квантовый газовый микроскоп

Ученые также сняли голограмму света, выходящего из резонатора. Такая голограмма записывает амплитуду и фазу световой волны, что позволяет отображать фононы. Высокая кривизна зеркал внутри резонатора создает изображение с высоким разрешением, подобно микроскопу. Это побудило исследователей назвать свое изобретение квантовым газовым микроскопом.

Команда работает над созданием второго подобного устройства и рассчитывает, что звучащие оптические решетки можно будет применять в физике сверхпроводников и для создания квантовых нейронных сетей.

По материалам Technology. org

Читайте также:

Что такое сингулярность и почему во Вселенной есть места, где нарушаются законы физики

В Австралии создали квантовый микроскоп для невидимых вещей