یکی از قدیمی ترین پیش بینی های مکانیک کوانتومی، اینکه سیستم تا زمانی که به آن نگاه می کنید تغییر نمی کند، طی یک آزمایش توسط فیزیکدانان دانشگاه کرنل تأیید شد. این کار دری را به سوی یک روش جدید بنیادی برای کنترل و دستکاری حالت های کوانتومی اتم ها باز می کند و می تواند منجر به نوع جدیدی از سنسور ها شود.
این آزمایشات در آزمایشگاه فوق سرد Mukund Vengalattore، استادیار فیزیک، انجام شده است. این کار در تاریخ 2 اکتبر در مجله Physical Review Letters به چاپ رسیده است.
Yogesh Patil و Srivatsan K. Chakram دانشجویان تحصیلات تکمیلی این دانشگاه یک گاز از حدود یک میلارد اتم روبیدیوم داخل یک پمپ خلاء ساختند و آن را سرد کردند و جرم بین پرتو های لیزر معلق کردند. در حالتی که اتم ها در یک شبکه منظم مرتب شدند که گویی یک جامد بلوری هستند. اما در این دمای کم، اتم ها می توانند از مکانی به مکان دیگر در شبکه تونل بزنند. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ می گوید مکان و سرعت یک ذره در تعامل است. دما یک معیار برای حرکت ذره است. صفر مطلق سرعت دقیقا صفر است، بنابراین انعطاف پذیری زیادی در مکان وجود دارد، وقتی که شما ذرات را مشاهده می کنید، اتم ها به احتمال زیاد در یک مکان دیگر از شبکه هستند.
محققان نشان داده اند که آنها قادرند یک تونل زنی کوانتومی را فقط با مشاهده اتم ها متوقف سازند. این اثر “اثر زینو کوانتومی” نامیده می شود که نام آن برگرفته از نام یک فیلسوف یونانی به گرفته شده است که در سال 1997 به همراه Baidyanath Misra از دانشگاه آستین تگزاس این اثر را ارائه دادند، آنها بیان کردند که طبیعت عجیب غریب اندازه گیری کوانتومی اجازه می دهد تا بتوان یک سیستم کوانتومی را با آزمایشات مکرر “فریز” کرد.
آزمایشات قبلی اثر زینو با “اسپین های” ذرات زیر اتمی را نشان داده اند. Vengalattore می گوید “این اولین مشاهده اثر زینو کوانتومی با استفاده از اندازه گیری فضای حقیقی حرکت اتمی است”. “همچنین با توجه به درجه بالای کنترل، ما قادر هستیم نشان دهیم ، در آزمایشاتمان می توانیم به تدریج شیوه ای که این اتم ها را مشاهده می کنیم راکنترل کنیم. با استفاده از این تنظیم، ما همچین قدار خواهیم بود که اثری به نام ’emergent classicality’ را در این سیستم کوانتومی نشان دهیم.” اثرات کوانتومی از بین می رود و اتم ها شروع به رفتار کردن تحت پیش بینی های فیزیک کلاسیک می کنند.

محققان اتم های را زیر یک میکروسکوپ با استفاده از روشن ساختن آنها بوسیله ی یک لیزر تصویربرداری جداگانه مشاهده کردند. یک نور میکروسکوپی نمی تواند اتم های مجزا را ببیند، اما لیزر تصویربرداری باعث می شود آنها روشن شوند، و میکروسکوپ از نور فلاش ها تصویر برداری می کند. زمانی که لیزر تصویربرداری خاموش بود یا با نور خفیفی روشن بود، اتم ها آزادانه تونل می زدند. اما زمانی که پرتو تصویر برداری روشن تر میشد و اندازه گیری به دفعات بیشتر انجام میشد، تونل زنی به طور چشم گیری کاهش یافت.
Patil نویسنده سرپرست این مقاله می گوید “این به ما یک ابزار بی سابقه برای کنترل یک سیستم کوانتومی، شاید حتی اتم به اتم، می دهد.”. او همچنین اشاره کرد اتم ها در این حالت شدیدا به نیروهای خارجی حساس هستند و این کار می تواند منجر به توسعه نوع جدیدی از سنسور ها شود.

لینک مقاله