รุ่นขนาดอะตอมของสภาพอากาศสุดขั้ว สล็อตฝากถอนไม่มีขั้นต่ำ 1 บาท โดย ราหุล ราว | เผยแพร่เมื่อ 17 ม.ค. 2022 8:00 น ศาสตร์ วังวนของน้ำเพื่อเป็นตัวแทนของพายุทอร์นาโดควอนตัมจากการทดลองทางฟิสิกส์
อะตอมที่เย็นยะเยือกนั้นไหลมารวมกันเหมือนน้ำ แต่เป็นสถานะของสสารที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงฝากรูปถ่าย
ในสภาวะทางกายภาพที่รุนแรงที่สุดบางแห่ง นักฟิสิกส์อาจสร้างพายุที่เล็กที่สุด
“พายุทอร์นาโดควอนตัม” เหล่านี้ซึ่งนักวิจัย
ควอนตัมจาก MIT และ Harvardตีขึ้น เป็นการสาธิตล่าสุดของกลศาสตร์ควอนตัม—รหัสกฎหมายแปลก ๆ ที่ควบคุมจักรวาลด้วยมาตราส่วนย่อยที่ดีที่สุดของมัน พวกมันถูกสร้างขึ้นจากเมฆโซเดียมอะตอมเล็กๆ หมุนวนไปรอบๆ ที่อุณหภูมิเศษเสี้ยวขององศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์
มีวิธีการที่กำหนดไว้อย่างดีในการทำให้อะตอมเยือกแข็งอย่างลึกถึงความลึกที่เย็นเป็นพิเศษเหล่านี้ เริ่มต้นด้วยการดักอะตอม—ซึ่งมักเป็นโลหะอัลคาไล—ในกรงแม่เหล็ก แล้วยิงเลเซอร์ไปที่พวกมัน อาจดูแปลกที่จะใช้เลเซอร์เป็นวิธีการทำความเย็น แต่พวกมันสร้างลำแสงที่มีความยาวคลื่นเดียว (ในกรณีนี้คือสีเหลือง เพื่อให้เข้ากับสีไอของโซเดียม) เมื่อปรับอย่างละเอียดแล้ว อะตอมจะทำให้อะตอมช้าลงจนถึงจุดที่ไม่ก่อให้เกิดความร้อนอีกต่อไป
สิ่งที่เหลืออยู่ในท้ายที่สุดคือคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ซึ่งเป็นสถานะลึกลับที่น่ารักของสสารที่อะตอมหลายตัวทำหน้าที่เป็นหนึ่งเดียวและประพฤติตัวในรูปแบบควอนตัมที่ไม่สามารถจินตนาการได้ทุกประเภท
[ที่เกี่ยวข้อง: มีสถานะใหม่ของสสารที่เรียกว่า “ของเหลวหมุนควอนตัม” ]
คอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์อาจดูแปลก แต่ก็เป็นความแปลกประหลาดที่นักฟิสิกส์คุ้นเคย พวกเขาได้รับการทำนายครั้งแรกในปี ค.ศ. 1920 และนักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการสร้างห้องทดลองในปี 2538 ความพยายามเหล่านั้นทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2544
ตั้งแต่นั้นมา โลกฟิสิกส์ก็เต็มไปด้วยความพยายาม
ที่จะผลักดันการควบแน่นของ Bose-Einstein ให้สูงขึ้นไปอีก (หรือระดับต่ำสุดใหม่อย่างที่เคยเป็น) ตัวอย่างเช่น นักฟิสิกส์เคยสงสัยมาระยะหนึ่งแล้วว่าพวกเขาจะทำให้อะตอมถูกแช่แข็งในสถานะการหมุนของสสารได้หรือไม่
นักวิจัยสนใจที่จะทำอย่างนั้นเพราะมันเดินตามรอยสิ่งที่เรียกว่าของเหลวควอนตัมฮอลล์ เพื่อให้เรื่องยาวสั้น ภายใต้เงื่อนไขควอนตัมบางอย่างและในสนามแม่เหล็ก เมฆของอิเล็กตรอนที่ปกติจะผลักกันออกไป จะเริ่มเลียนแบบคุณสมบัติของกันและกัน นั่นจะทำให้พวกมันทำตัวเหมือนโมเลกุลของน้ำในของเหลวที่ไหลอย่างอิสระ
อิเล็กตรอนนั้นสังเกตได้ยาก แต่นักฟิสิกส์คิดว่าการหมุนคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ในอ่างน้ำวนอาจทำให้อะตอมมีพฤติกรรมในลักษณะเดียวกัน ที่น่าสนใจเพราะอะตอมมีขนาดใหญ่กว่าอิเล็กตรอนมาก
กลุ่มวิจัยล่าสุดนี้ไม่ใช่กลุ่มเดียวที่พยายามสร้างกระแสน้ำวน ความท้าทายมาพร้อมกับการพยายามทำให้อะตอมหมุนโดยไม่ทำให้คอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์แตก
Peter Schhaussนักฟิสิกส์จาก University of Virginia ซึ่งไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของการทดลองใหม่ล่าสุดกล่าวว่า “เป็นการยากที่จะควบคุมการหมุนรอบนี้ได้” “การหมุนมันง่ายอย่างใดวิธีหนึ่ง แต่การหมุนในลักษณะที่ไม่ร้อนขึ้นนั้นยาก”
ภาพความหนาแน่นสี่ภาพบนสีดำพร้อมคริสตัลโซเดียมในสีส้มและสีม่วง การจำลองสองชุดในสีขาวที่มีภาพพิมพ์สีม่วงแสดงการหมุนเป็นวงกลมในหน่วย pi
โปรไฟล์ความหนาแน่นและการจำลองของผลึกโซเดียมที่มีประจุแม่เหล็กแสดงการไหลแบบหมุน Mukherjee และคณะ 2022
กลุ่ม Harvard-MIT ถ่ายภาพของพวกเขาโดยการโต้เถียงกับอะตอมโซเดียมนับล้านอะตอม ทำให้พวกเขาเย็นลงเหลือ 100 พันล้านเคลวินเหนือศูนย์สัมบูรณ์ และรวมเข้าด้วยกันภายในแม่เหล็กไฟฟ้าอันทรงพลัง จากนั้นพวกเขาก็หมุนคอนเดนเสทไปรอบๆ โดยหวังว่าพวกเขาจะเห็นของเหลวควอนตัมเคลื่อนที่
มันได้ผล—ถึงจุดหนึ่ง อะตอมก่อตัวเป็นโครงสร้างบางๆ คล้ายเข็ม ซึ่งมีคุณสมบัติของของเหลวที่พวกเขาต้องการ นักวิจัยได้ตีพิมพ์ผลการวิจัยจนถึงที่นี่ในScience เมื่อเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2564
แต่พวกเขารู้ว่าพวกเขาสามารถไปได้ไกลกว่านั้น พวกเขาตัดสินใจหมุนเข็มต่อไปเพื่อดูว่าเกิดอะไรขึ้น และนั่นคือตอนที่พวกเขาสังเกตเห็นบางสิ่งที่พิเศษ: เข็มเริ่มเป็นคลื่น ตอนแรกมันเริ่มพันตัวเป็นเกลียว จากนั้น ลอนผมแตกออกเป็นชิ้นๆ ทำให้เข็มแตกเป็นหยดเล็กๆ ของควอนตัม ซึ่งแต่ละอันเริ่มหมุน ดังนั้นพายุทอร์นาโดควอนตัม
นักวิจัยเปรียบเทียบสิ่งนี้กับทฤษฎีความโกลาหล การสร้างพายุทอร์นาโดเหล่านี้คล้ายกับตัวอย่างที่มีชื่อเสียงของปีกของผีเสื้อที่กระพือปีกและทำให้เกิดพายุที่อีกฟากหนึ่งของโลก มีเพียงกระบวนการที่ดำเนินการในระดับควอนตัมเท่านั้น พวกเขาได้ตีพิมพ์คำอธิบายเกี่ยวกับกระแสน้ำวนในNatureเมื่อต้นเดือนนี้
[ที่เกี่ยวข้อง: เมื่อแสงวาบเป็นเวลาหนึ่งในห้าสิบล้านของวินาที สิ่งต่าง ๆ จะแปลกไป ]
แล้วจะเกิดอะไรขึ้นต่อไป? อย่างที่ใครๆ อาจจินตนาการได้ การทำให้อะตอมร่วมมือกันในระดับนี้ไม่ใช่เรื่องง่าย “ยังคงเป็นงานอยู่ในระหว่างดำเนินการเพื่อให้ได้เลเซอร์ที่มีความเสถียรมากขึ้นเพื่อ … ทำการทดลองเหล่านี้อย่างมีประสิทธิภาพ” Schuss กล่าว “การทดลองเหล่านี้จำนวนมากถูกจำกัดด้วยสิ่งนั้น”
ความท้าทายอีกประการหนึ่ง: พายุทอร์นาโดควอนตัมที่เล็กที่สุดเหล่านี้มีอะตอม 10 อะตอม แต่นักฟิสิกส์บางคนคิดว่ามันเป็นไปได้ที่จะไปไกลกว่านี้—เพื่อลงไปที่คอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ที่มีอะตอมเพียงอะตอมเดียว การทำเช่นนี้จะช่วยให้นักฟิสิกส์ได้ดูสมการอาร์เคนของกลศาสตร์ควอนตัมที่เกิดขึ้นในโลกแห่งความเป็นจริง
ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ยังคงปรับแต่งกระบวนการเพื่อสร้างกระแสน้ำวนและรูปร่างอื่นๆ ของสสารเย็นจัด การสร้างสรรค์ของพวกเขาอาจถูกนำไปใช้กับเทคโนโลยีเช่นเซ็นเซอร์ การวิจัยของ MIT-Harvard ได้รับทุนจาก DARPA ซึ่งต้องการใช้คอนเดนเสทแบบหมุนเพื่อตรวจจับการเคลื่อนไหวใต้น้ำ ที่ละเอียด อ่อน แต่จนถึงตอนนี้ ความละเอียดอ่อนยังไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของสมการ สล็อตฝากถอนไม่มีขั้นต่ำ 1 บาท
