โฟตอนเพียง 7 ดวงเท่านั้นที่สามารถทำหน้าที่เหมือนพันล้าน

Anonim

ระบบที่ทำจากอนุภาคเพียงไม่กี่ทำหน้าที่เหมือนกับระบบขนาดใหญ่ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาพฤติกรรมควอนตัมได้ง่ายขึ้น

การศึกษาทางฟิสิกส์ของนักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยอนุภาคขนาดใหญ่มากจนมีความแตกต่างกันอย่างมากระหว่างสมบัติทางพฤติกรรมของน้ำหยดหรือของสระว่ายน้ำ แม้แต่หยดเดียวอาจมีมากกว่าอนุภาคสี่พันล้าน

ทำให้เข้าใจพฤติกรรมร่วมของพวกเขาได้ง่ายขึ้น ยกตัวอย่างเช่นทั้งน้ำในที่วางและในสระจะแช่แข็งที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียสและต้มที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส

การเปลี่ยนช่วง (phase transition) (เช่นจากของเหลวเป็นของแข็งหรือจากของเหลวไปจนถึงแก๊ส) อาจปรากฏขึ้นอย่างกะทันหันในระบบที่มีขนาดใหญ่เนื่องจากอนุภาคจำนวนมากมีส่วนเกี่ยวข้องกับการเกิดขึ้นทั้งหมดในทันที แต่สิ่งที่เกี่ยวกับในระบบที่เล็กกว่ามาก? เมื่อมีเพียงไม่กี่ของอนุภาคทำกฎเดียวกันของการเปลี่ยนเฟสใช้?

เพื่อตอบคำถามเหล่านี้ทีมนักวิทยาศาสตร์จาก Imperial College London, University of Oxford และสถาบันเทคโนโลยี Karlsruhe ประเทศเยอรมนีทำระบบโฟตอนน้อยกว่า 10 ชิ้นซึ่งเป็นอนุภาคพื้นฐานของแสง ผลจากการทดลองของพวกเขาซึ่งได้รับการตีพิมพ์ใน ฟิสิกส์ธรรมชาติได้ แสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนเฟสยังคงเกิดขึ้นในระบบที่มีค่าเฉลี่ยเพียง 7 อนุภาคเท่านั้น

การศึกษาพฤติกรรมควอนตัมของอนุภาคจะง่ายกว่าด้วยอนุภาคที่น้อยลงดังนั้นความจริงที่ว่าช่วงการเปลี่ยนเกิดขึ้นในระบบขนาดเล็กเหล่านี้หมายความว่านักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาคุณสมบัติเชิงควอนตัมได้เช่นการเชื่อมโยงกัน

ผู้เขียนนำดร. โรเบิร์ตนีแมนจากแผนกฟิสิกส์แห่งอิมพีเรียลกล่าวว่า "ตอนนี้การยืนยันว่า 'การเปลี่ยนเฟส' ยังคงเป็นแนวคิดที่มีประโยชน์ในระบบขนาดเล็กเช่นนี้เราสามารถสำรวจคุณสมบัติด้วยวิธีที่ไม่สามารถทำได้ในขนาดใหญ่ ระบบ

"โดยเฉพาะอย่างยิ่งเราสามารถศึกษาสมบัติควอนตัมของสสารและแสงได้ว่าเกิดอะไรขึ้นในระดับที่เล็กที่สุดเมื่อเกิดการเปลี่ยนเฟส"

ระบบที่ทีมวิจัยได้ศึกษาคือโฟโตสคอนเดนเสทของโบส - ไอน์สไตน์ (BEC) BEC เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคควอนตัมมีอนุภาคควอนตัมเย็นหรืออยู่ใกล้กันมากจนไม่สามารถแยกแยะได้อีกต่อไป BEC เป็นสถานะของสสารที่มีคุณสมบัติแตกต่างจากของแข็งของแข็งของเหลวก๊าซหรือพลาสม่า

ทีมงานพบว่าการเพิ่มโฟตอนเข้าสู่ระบบการเปลี่ยนเฟสไปยัง BEC จะเกิดขึ้นเมื่อระบบถึงโฟตอนประมาณเจ็ดโฟลน้อยกว่าที่เคยเห็นมาก่อนจาก BEC อื่น ๆ มีขนาดเล็กมากการเปลี่ยนแปลงนี้ไม่ได้เกิดขึ้นอย่างฉับพลันกว่าระบบขนาดใหญ่เช่นสระน้ำ แต่ความจริงที่ว่าการเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นในจุดที่สามารถคาดการณ์ได้สะท้อนระบบขนาดใหญ่ได้ดี

ระบบนี้ถูกสร้างขึ้นด้วยอุปกรณ์ง่ายๆเช่นสีย้อมเรืองแสงและกระจกโค้ง ซึ่งหมายความว่าเช่นเดียวกับการเป็นประโยชน์ในการศึกษาคุณสมบัติของควอนตัมระบบสามารถนำมาใช้เพื่อสร้างและจัดการกับสภาพแสงพิเศษได้

ดร. Florian Mintert จากภาควิชาฟิสิกส์แห่งอิมพีเรียลกล่าวว่า "สิ่งที่ดีที่สุดในสองโลกคือฟิสิกส์ของการเปลี่ยนเฟสและการเข้าถึงระบบขนาดเล็กแหล่งกำเนิดแสงที่ผิดปกตินี้มีศักยภาพในการวัดหรือตรวจจับ."

menu
menu