13 สิงหาคม 2556

Published สิงหาคม 13, 2556 by with 1 comment

นาฬิกาอะตอมที่สามารถจำลองแม่เหล็กควอนตัม

  นักวิจัยที่ได้ JILA เป็นครั้งแรกที่ใช้นาฬิกาอะตอมเป็นจำลองควอนตัมลอกเลียนแบบพฤติกรรมของที่แตกต่างกันของระบบควอนตัมที่ซับซ้อนมากขึ้น

นาฬิกาอะตอมตอนนี้เข้ารายการที่เพิ่มขึ้นของระบบทางกายภาพที่สามารถใช้สำหรับการสร้างแบบจำลองและบางทีอาจจะในที่สุดก็อธิบายพฤติกรรมทางกลศาสตร์ควอนตัมของวัสดุที่แปลกใหม่เช่นตัวนำยิ่งยวด(superconductors)ที่อุณหภูมิสูงซึ่งนำไฟฟ้าได้โดยไม่มีการต่อต้าน ทั้งหมด แต่มีขนาดเล็กที่สุดไม่สำคัญมากที่สุดระบบควอนตัมที่มีความซับซ้อนเกินไปที่จะจำลองบนคอมพิวเตอร์ของแบบคลาสสิกจึงมีความสนใจในการจำลองควอนตัม แบ่งปันบางส่วนของคุณสมบัติของคอมพิวเตอร์ควอนตัมในการทดลอง - หัวข้องานวิจัยที่ร้อนแรง - จำลองควอนตัมเป็นอุปกรณ์พิเศษ "วัตถุประสงค์" ออกแบบมาเพื่อให้ข้อมูลเชิงลึกในปัญหาท้าทายที่เฉพาะเจาะจง


JILA มีการดำเนินการร่วมกันโดยสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยี (NIST) และมหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอ

ตามที่อธิบายไว้ใน 9 สิงหาคมเรื่องของวิทยาศาสตร์การทดลอง JILA ถูกดำเนินการกับนาฬิกาอะตอมที่ทำจากประมาณ 2,000 อะตอมธาตุโลหะชนิดหนึ่งที่เป็นกลางถูกขังอยู่ในที่ตัดผ่านลำแสงเลเซอร์ นักวิจัยประหลาดใจที่พบว่าภายใต้เงื่อนไขบางประการนาฬิกาอะตอมโต้ตอบเช่นอะตอมในวัสดุแม่เหล็ก

"เรื่องนี้เป็นที่ไม่คาดคิดอย่างสมบูรณ์" JILA / NIST ติดตามJun Ye พูดว่า "เราไม่ได้มองหานี้ที่ทุกพวกเราได้เพิ่งอย่างไร้เดียงสาพยายามที่จะเข้าใจปฏิสัมพันธ์อนุภาคเป็นส่วนหนึ่งของความพยายามของเราที่จะสามารถปรับปรุงนาฬิกา. เราประหลาดใจที่พบว่าตอนนี้เราสามารถใช้นาฬิกาเป็นอุปกรณ์ควอนตัมที่มีประสิทธิภาพเพื่อการศึกษา ปฏิสัมพันธ์สปินแม่เหล็ก(study magnetic spin interactions)"

นาฬิกาอะตอมธาตุโลหะชนิดหนึ่งมีการจัดเช่นเดียวกับstackจาก 100Pancakesแต่ละที่มีประมาณ 20 อะตอม โดยปกติอะตอมทีละตอบสนอง พัลส์เลเซอร์สีแดง(red laser pulses), สลับไปมาระหว่างสองระดับพลังงาน แต่นักวิจัยค้นพบอะตอมยังสามารถโต้ตอบกับแต่ละอื่น ๆ เป็นครั้งแรกในคู่และในที่สุดทั้งหมดเข้าด้วยกัน จนถึงขณะนี้นักวิจัยกำลังพยายามที่จะขจัดการโต้ตอบเหล่านี้ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนาในนาฬิกาอะตอม แต่พวกเขาสามารถเปลี่ยนเป็นคุณลักษณะที่มีประสิทธิภาพสำหรับการจำลองควอนตัม

อะตอมธาตุโลหะชนิดหนึ่งมีสองระดับพลังงานที่ใช้สำหรับวัตถุประสงค์นาฬิกาแต่ละโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการกำหนดค่าของอิเล็กตรอน ในการจำลอง JILA อะตอมทั้งหมดเริ่มต้นที่ระดับพลังงานเดียวกันกับการกำหนดค่าอิเล็กตรอนเดียวกันหรือที่เรียกว่า สถานะสปินลง(spin-down state) พัลส์(pulse)รวดเร็วจากเลเซอร์สีแดงมีเสถียรภาพมากสถานที่ที่ทุกอะตอมใน "การทำให้เข้ากัน(superposition)" สปินชี้ทั้งขึ้นและลงในเวลาเดียวกัน เป็นไปได้ของการทำให้เข้ากัน(superposition)เป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดของโลกควอนตัม เมื่อเลเซอร์ถูกปิดอะตอมเริ่มต้นในการโต้ตอบ หนึ่งวินาทีต่อมาจากพัลส์(pulse)เลเซอร์เดียวกันhitsอะตอมเพื่อเตรียมความพร้อมให้พวกเขาสำหรับการตรวจวัดการสปินกลุ่ม, และแล้วมาตรการเลเซอร์ที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับการตรวจพบการเรืองแสงใด ๆ สถานะสปินสุดท้ายของทุกอะตอม

ในโลกของฟิสิกส์การวัดดังกล่าวจะมีผลที่แน่นอน โดยไม่ต้องมี "สัญญาณรบกวน" หรือความไม่แน่นอน อย่างไรก็ตามในโลกควอนตัมการวัดทำให้สปินมักจะมีจำนวนการสุ่มของสัญญาณรบกวน ในการทดลอง JILA, ความสัมพันธ์ที่ปรากฏในช่วงเวลาระหว่างรูปแบบสัญญาณรบกวนของบางส่วนของสปินอะตอม ' Ye พูดว่ามีความสัมพันธ์เหล่านี้ชี้ให้อะตอมกลายเป็นการพัวหรือการผูกพันของสิ่ง ๆ หนึ่ง(entangled)อีกหนึ่งคุณลักษณะที่ควอนตัมที่ผิดปกติที่เชื่อมโยงคุณสมบัติของอนุภาคที่แยกออกจากกัน นักวิจัย JILA ยังไม่ได้ดำเนินการทดสอบยังการพัวพิสูจน์ที่ชัดเจนอย่างไรก็ตาม

JILA ทฤษฎี Ana Maria Reyช่วยในการอธิบายสิ่งที่ทีมงานในการทดลองของ Ye สังเกต สำหรับตัวเลขขนาดเล็กของอนุภาคประมาณ 30 อะตอม, Rey คำนวณว่าการปฏิสัมพันธ์นาฬิกาอะตอมตามสูตรทางคณิตศาสตร์คล้ายกับที่อธิบายพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในวัสดุแม่เหล็ก แต่ถ้าอะตอมที่จะถูกรวมคำนวณแบบเก่าจะไม่ทันกับผลการทดลอง ในอนาคตทีม JILA หวังที่จะดำเนินการจำลองสถานการณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้นขณะที่ยังคงพัฒนาทฤษฎีที่อธิบายการค้นพบ

ขอขอบคุณข้อมูลจากNational Institute of Standards and Technology (NIST)
ดูภาพประกอบคลิกที่นี้ครับ
ขอบคุณครับ

1 ความคิดเห็น:

  1. ผมนำรูปลงในบทความนี้ไม่ได้ครับ เพราะมีปัญหาที่Copyright ครับ

    ตอบลบ

แสดงความคิดเห็นได้เลยครับ :)