;
Новости 19 июля 2022

Физики запустили квантовую волну в двух кристаллах

Далее

Частицы могут двигаться как волны по разным траекториям одновременно — это одно из самых важных открытий квантовой физики. Команда из TU Wien, INRIM Turin и ILL Grenoble достигла именно этого результата, используя высокоточную платформу с наклонным наконечником для выравнивания кристаллов.

Авторы заявили, что это открывает совершенно новые возможности для квантовых измерений, в частности, можно исследовать квантовые эффекты в гравитационном поле.

Ранее нейтронные интерферометры активно использовали для точных измерений и фундаментальных физических исследований. Однако до сих пор их размер был ограничен, потому что они работали только в том случае, если были сделаны из цельного куска хрусталя. С 1990-х годов были попытки изготовить интерферометры из двух отдельных кристаллов, но безуспешно. 

Авторы объясняют, что принцип работы интерферометра аналогичен знаменитому эксперименту с двумя щелями. Это эксперимент, проведенный Томасом Юнгом и ставший экспериментальным доказательством волновой теории света. В опыте пучок монохроматического света направляется на непрозрачный экран-ширму с двумя параллельными прорезями, позади которого устанавливается проекционный экран. Ширина прорезей приблизительно равна длине волны излучаемого света. На проекционном экране получается целый ряд чередующихся интерференционных полос. Интерференция света доказывает справедливость волновой теории.

В эксперименте с двумя щелями две щели находятся на минимальном расстоянии друг от друга. А в нейтронном интерферометре частицы разделяются на две разные траектории с промежутком в несколько сантиметров. Волна частицы достигает макроскопического размера, но если наложить оба пути друг на друга, то видно, что частица не выбирала один из путей, она использовала оба одновременно.

В таком эксперименте требования к точности очень высоки. Когда кристалл интерферометра смещается на один атом, интерференционная картина сдвигается на полный период. Если один из кристаллов повернуть на угол около ста миллионных долей градуса, то интерференционная картина разрушается. 

Национальный институт метрологии Ричерка (INRIM) в Турине предоставил необходимые технологии в области комбинированной оптической и рентгеновской интерферометрии. Сканирующие рентгеновские интерферометры также состоят из отдельных кремниевых кристаллов и обладают аналогичной чувствительностью. Чувствительность к пространственному смещению кристалла использовали, чтобы определить постоянную решетку кремния с беспрецедентной точностью. Этот результат позволяет подсчитать атомы макроскопической кремниевой сферы, а также определить константы Авогадро и Планка.

Так физикам удалось использовать в эксперименте отдельные кристаллы с рентгеновскими интерферометрами. Они смогли обнаружить нейтронные помехи в системе из двух отдельных кристаллов.

Читать далее:

НАСА: телескоп «Джеймс Уэбб» необратимо поврежден от удара небольшого метеорита

Физики нашли универсальные «часы» в космосе: они точнее атомных

Телескоп «Джеймс Уэбб» сделал первый снимок Юпитера: на нем сразу 9 двигающихся целей