Po raz pierwszy w historii fizycy uchwycili wyraźny obraz poszczególnych atomów zachowujących się jak fala.
Zdjęcie przedstawia ostre czerwone kropki fluorescencyjnych atomów zamieniające się w rozmyte plamy pakietów fal, co stanowi oszałamiającą demonstrację idei, że atomy istnieją zarówno jako cząstki, jak i fale – jeden z kamieni węgielnych fizyki. Mechanika kwantowa.
Naukowcy, którzy wynaleźli technologię obrazowania, opublikowali swoje odkrycia na serwerze preprintów arXivdlatego ich badania nie zostały jeszcze poddane recenzji.
„Falowa natura materii pozostaje jednym z najbardziej uderzających aspektów mechaniki kwantowej” – napisali naukowcy w swoim artykule. Dodają, że ich nową technikę można wykorzystać do obrazowania bardziej złożonych układów, dając wgląd w niektóre podstawowe pytania z fizyki.
Została po raz pierwszy zaproponowana przez francuskiego fizyka Louisa de Broglie w 1924 r., a rozwinięta przez Erwina Schrödingera. po dwóch latachDualizm falowo-cząsteczkowy stwierdza, że wszystkie obiekty wielkości kwantowej, a zatem cała materia, istnieją jednocześnie jako cząstki i fale.
Powiązany: Modyfikowanie równania kota Schrödingera mogłoby ujednolicić teorię względności Einsteina i mechanikę kwantową, wskazówki badawcze
Fizycy zwykle interpretują słynne równanie Schrödingera, stwierdzając, że atomy istnieją w przestrzeni w postaci pakietów o falowym prawdopodobieństwie, które następnie podczas obserwacji zapadają się w osobne cząstki. Choć jest to zaskakująco sprzeczne z intuicją, tę dziwną właściwość świata kwantowego zaobserwowano wiele razy. Eksperymenty.
Aby zobrazować tę tajemniczą dwoistość, fizycy najpierw ochłodzili atomy litu Temperatury bliskie zera absolutnego Bombardując go fotonami, czyli cząsteczkami światła, z lasera, aby pozbawić go pędu. Po ochłodzeniu atomów więcej wiązek laserowych zatrzymuje je w siatce optycznej w postaci dyskretnych wiązek.
W miarę jak atomy ochładzały się i pozostawały w zamknięciu, badacze okresowo włączali i wyłączali sieć optyczną, rozszerzając atomy ze stanu zamkniętego, prawie cząsteczkowego, do stanu przypominającego falę, a następnie z powrotem.
Mikroskopijna kamera rejestrowała światło emitowane w miarę wzrostu i kurczenia się atomów pomiędzy poszczególnymi stanami, tworząc obraz ostrych kropek cząstek w rozmazanych falach, który doskonale ukazywał równanie Schrödingera.
„Ta metoda obrazowania polega na ponownym uruchomieniu sieci w celu rzutowania każdego pakietu fal do jednej studni i ponownego przekształcenia go w cząstkę — to już nie jest fala” – współautor badania – wyjaśnia TarikFizyk z francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych i École Supérieure w Paryżu powiedział Live Science. „Naszą metodę obrazowania można postrzegać jako sposób próbkowania intensywności funkcji falowej, podobnie jak piksele w kamerze CCD”. Kamera CCD to popularny typ aparatu cyfrowego, który do przechwytywania obrazów wykorzystuje urządzenie ze sprzężeniem ładunkowym.
Naukowcy twierdzą, że ten obraz to tylko prosta demonstracja. Następnym krokiem będzie wykorzystanie go do badania układów silnie oddziałujących atomów, które wciąż nie są dobrze poznane.
„Badanie takich układów może poprawić naszą wiedzę na temat egzotycznych stanów materii, takich jak te występujące w jądrze niezwykle gęstej materii Gwiazdy neutronowelub plazma kwarkowo-gluonowa, która, jak się uważa, istniała wkrótce po jej pojawieniu się wielka eksplozja– Powiedział Yafsah.
„Nagradzany beeraholik. Fan Twittera. Podróżnik. Miłośnik jedzenia.