द�निया के अजीबोगरीब कानून जिन�हें ज
สารบัญ:
หนึ่งอาจคิดว่าปากคีบแสง - ลำแสงเลเซอร์ที่สามารถดักจับอนุภาคขนาดเล็ก - ตอนนี้หมวกเก่า ท้ายที่สุดแล้วอาเธอร์แอชคินได้ประดิษฐ์คิดค้นปากคีบในปี 1970 และเขาก็ได้รับรางวัลโนเบลในปีนี้ - หลังจากสันนิษฐานว่ามีนัยสำคัญเกิดขึ้นในช่วงครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา
น่าแปลกใจที่สิ่งนี้อยู่ไกลจากความจริง ปากคีบแบบออปติกเปิดเผยความสามารถใหม่ในขณะที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจกลไกควอนตัมทฤษฎีที่อธิบายธรรมชาติในแง่ของอนุภาคอนุภาค
ทฤษฎีนี้นำไปสู่ข้อสรุปที่แปลกและเป็นไปได้ หนึ่งในนั้นคือกลศาสตร์ควอนตัมอนุญาตให้วัตถุหนึ่งชิ้นมีอยู่ในสองสถานะที่แตกต่างกันของความเป็นจริงในเวลาเดียวกัน ตัวอย่างเช่นฟิสิกส์ควอนตัมช่วยให้ร่างกายอยู่ในตำแหน่งที่แตกต่างกันสองแห่งในอวกาศในเวลาเดียวกัน - หรือทั้งที่ตายแล้วและมีชีวิตเช่นเดียวกับในการทดลองความคิดที่มีชื่อเสียงของแมวของSchrödinger
ชื่อทางเทคนิคสำหรับปรากฏการณ์นี้คือการทับซ้อน มีการตรวจสอบการซ้อนทับสำหรับวัตถุขนาดเล็กเช่นอะตอมเดี่ยว แต่ชัดเจนเราไม่เคยเห็นการทับซ้อนในชีวิตประจำวันของเรา ตัวอย่างเช่นเราไม่เห็นกาแฟหนึ่งถ้วยในสองสถานที่ในเวลาเดียวกัน
เพื่ออธิบายการสังเกตนี้นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีได้แนะนำว่าสำหรับวัตถุขนาดใหญ่ - แม้กระทั่งอนุภาคนาโนที่มีอะตอมประมาณพันล้าน - การยุบตัวลงอย่างรวดเร็วไปยังสิ่งใดสิ่งหนึ่งที่เป็นไปได้ทั้งสองอย่างเนื่องจากการพังทลายของกลศาสตร์ควอนตัมมาตรฐาน สำหรับวัตถุขนาดใหญ่อัตราการยุบตัวจะเร็วขึ้น สำหรับแมวของ Schrodinger การล่มสลาย - เป็น "มีชีวิต" หรือ "ตาย" - จะเกิดขึ้นทันทีโดยอธิบายว่าทำไมเราไม่เคยเห็นการทับซ้อนของแมวอยู่ในสองสถานะพร้อมกัน
จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้“ ยุบทฤษฎี” ซึ่งจะต้องมีการปรับเปลี่ยนกลศาสตร์ควอนตัมแบบตำราไม่สามารถทดสอบได้เนื่องจากเป็นการยากที่จะเตรียมวัตถุขนาดใหญ่ในการซ้อนทับ นี่เป็นเพราะวัตถุขนาดใหญ่มีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมของพวกมันมากกว่าอะตอมหรืออนุภาคย่อย - ซึ่งนำไปสู่การรั่วไหลของความร้อนที่ทำลายสถานะควอนตัม
ในฐานะนักฟิสิกส์เรามีความสนใจในการยุบทฤษฎีเพราะเราต้องการที่จะเข้าใจฟิสิกส์ควอนตัมที่ดีขึ้นและโดยเฉพาะอย่างยิ่งเพราะมีข้อบ่งชี้ทางทฤษฎีว่าการล่มสลายอาจเกิดจากผลของแรงโน้มถ่วง การเชื่อมต่อระหว่างฟิสิกส์ควอนตัมและแรงโน้มถ่วงจะน่าตื่นเต้นเนื่องจากฟิสิกส์ทั้งหมดวางอยู่บนทฤษฎีทั้งสองนี้และคำอธิบายรวมของพวกเขา - ทฤษฎีที่เรียกว่าทุกอย่าง - เป็นหนึ่งในเป้าหมายที่ยิ่งใหญ่ของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่
เข้าสู่ Optical Tweezer
แหนบออปติคอลใช้ประโยชน์จากความจริงที่ว่าแสงสามารถออกแรงดันในเรื่อง แม้ว่าความดันการแผ่รังสีจากลำแสงเลเซอร์ที่ค่อนข้างเข้มจะค่อนข้างเล็ก แต่ Ashkin เป็นบุคคลแรกที่แสดงให้เห็นว่ามันมีขนาดใหญ่พอที่จะรองรับอนุภาคนาโนซึ่งมีแรงโน้มถ่วงในการตอบโต้
ในปี 2010 กลุ่มนักวิจัยได้ตระหนักว่าอนุภาคนาโนที่ถือโดยปากคีบจักษุถูกแยกออกจากสภาพแวดล้อมได้ดีเนื่องจากมันไม่ได้สัมผัสกับวัสดุสนับสนุนใด ๆ ตามแนวคิดเหล่านี้หลายกลุ่มได้แนะนำวิธีในการสร้างและสังเกตการทับถมของอนุภาคนาโนที่ตำแหน่งเชิงพื้นที่สองแห่ง
รูปแบบที่น่าสนใจที่เสนอโดยกลุ่มของ Tongcang Li และ Lu Ming Duan ในปี 2013 นั้นเกี่ยวข้องกับคริสตัล nanodiamond ในปากคีบ อนุภาคนาโนไม่ได้นิ่งอยู่ภายในปากคีบ แต่กลับกลายเป็นเหมือนลูกตุ้มระหว่างสองตำแหน่งโดยแรงคืนตัวมาจากแรงดันการแผ่รังสีเนื่องจากเลเซอร์ นอกจากนี้ nanocrystal เพชรนี้ยังมีอะตอมของไนโตรเจนที่ปนเปื้อนซึ่งอาจถูกมองว่าเป็นแม่เหล็กขนาดเล็กที่มีขั้วเหนือ (N) และขั้วใต้ (S)
กลยุทธ์ Li-Duan ประกอบด้วยสามขั้นตอน อย่างแรกพวกเขาเสนอให้การเคลื่อนที่ของอนุภาคนาโนเย็นลงสู่สถานะพื้นควอนตัม นี่คือสถานะพลังงานต่ำสุดของอนุภาคชนิดนี้สามารถมี เราอาจคาดหวังว่าในสถานะนี้อนุภาคหยุดเคลื่อนไหวและไม่สั่นเลย อย่างไรก็ตามหากสิ่งนั้นเกิดขึ้นเราก็จะรู้ว่าอนุภาคอยู่ตรงไหน (ที่กึ่งกลางของปากคีบ) และความเร็วในการเคลื่อนที่ (ไม่ใช่เลย) แต่ความรู้ที่สมบูรณ์แบบพร้อมกันของทั้งตำแหน่งและความเร็วนั้นไม่ได้รับอนุญาตโดยหลักการความไม่แน่นอนที่มีชื่อเสียงของ Heisenberg ของควอนตัมฟิสิกส์ ดังนั้นแม้จะอยู่ในสถานะพลังงานต่ำสุดอนุภาคก็เคลื่อนไหวไปรอบ ๆ เพียงเล็กน้อยเพียงพอที่จะทำให้เป็นไปตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม
ประการที่สองแผนการ Li และ Duan ต้องการให้อะตอมไนโตรเจนของแม่เหล็กถูกเตรียมในการซ้อนทับของขั้วเหนือที่ชี้ขึ้นและลง
ในที่สุดจำเป็นต้องมีสนามแม่เหล็กเพื่อเชื่อมโยงอะตอมไนโตรเจนกับการเคลื่อนที่ของผลึกเพชรลอย สิ่งนี้จะถ่ายโอนการทับซ้อนแม่เหล็กของอะตอมไปยังการทับตำแหน่งของผลึกนาโน การถ่ายโอนนี้ถูกเปิดใช้งานโดยความจริงที่ว่าอะตอมและอนุภาคนาโนจะพันกันโดยสนามแม่เหล็ก มันเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกับที่การทับซ้อนของตัวอย่างกัมมันตรังสีที่สลายตัวและไม่สลายตัวจะถูกแปลงเป็นทับซ้อนของแมวของ Schrodinger ในสภาพที่ตายและมีชีวิต
พิสูจน์ทฤษฎียุบ
สิ่งที่ทำให้ฟันงานทฤษฏีนี้มีสองพัฒนาการทดลองที่น่าตื่นเต้น แล้วในปี 2012 กลุ่มของ Lukas Novotny และ Romain Quidant แสดงให้เห็นว่ามันเป็นไปได้ที่จะทำให้อนุภาคนาโนลอยตัวในระดับแสงถึง 100 องศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์สัมบูรณ์ - อุณหภูมิต่ำสุดที่เป็นไปได้ทางทฤษฎี - โดยการปรับความเข้มของปากคีบ ผลที่ได้คือเช่นเดียวกับการชะลอตัวของเด็กในการแกว่งโดยการผลักดันในเวลาที่เหมาะสม
ในปี 2559 นักวิจัยคนเดียวกันสามารถเย็นลงได้ถึงหนึ่งในหมื่นของระดับที่สูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ ในช่วงเวลานี้กลุ่มของเราตีพิมพ์บทความที่ระบุว่าอุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับการเข้าถึงสถานะพื้นควอนตัมของอนุภาคนาโนที่ถูกบีบอัดนั้นอยู่ที่ระดับหนึ่งล้านขององศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์ ข้อกำหนดนี้เป็นสิ่งที่ท้าทาย แต่ไม่ไกลจากการทดลองอย่างต่อเนื่อง
การพัฒนาที่น่าตื่นเต้นครั้งที่สองคือการทดลองการทดลองของ nanodiamond ที่มีข้อบกพร่องในไนโตรเจนในปี 2014 ในกลุ่มของ Nick Vamivakas ใช้สนามแม่เหล็กพวกเขายังสามารถบรรลุการมีเพศสัมพันธ์ทางกายภาพของอะตอมไนโตรเจนและการเคลื่อนไหวคริสตัลที่จำเป็นโดยขั้นตอนที่สามของโครงการ Li-Duan
ตอนนี้การแข่งขันจะไปถึงสถานะพื้นดังนั้นตามแผน Li-Duan วัตถุที่สองที่สามารถสังเกตได้ยุบลงในหน่วยงานเดียว หากการทับซ้อนถูกทำลายในอัตราที่ทำนายโดยทฤษฎีการยุบกลศาสตร์ควอนตัมที่เรารู้ว่ามันจะต้องมีการแก้ไข
บทความนี้ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกใน The Conversation โดย Mishkat Bhattacharya และ Nick Vamivakas อ่านบทความต้นฉบับที่นี่
Parans Solar Lighting เปิดตัวรุ่นที่สี่ของ Optical Fiber Sunlight
ในนิวยอร์กซิตี้คุณโชคดีถ้าห้องทุกห้องในอพาร์ตเมนต์มีหน้าต่าง อาจเป็นมุมที่ไม่เคยได้รับแสงแดด พวกเขารู้เกี่ยวกับการขาดแสงแดดในสวีเดนซึ่ง Parans Solar Lighting กำลังพยายามนำแสงอาทิตย์จากธรรมชาติเข้ามาในห้องมืดและที่ว่าง - ด้วยเทคโนโลยีใยแก้วนำแสง ยีนที่สี่ ...