Los físicos han descubierto dos átomos que “hablan” entre sí

Un artista presentó una experiencia reciente.

Un artista presentó una experiencia reciente.
Aclaración: TU DELFT / SCIXEL

Un equipo de físicos de los Países Bajos y Alemania colocó recientemente un grupo de átomos de titanio bajo un microscopio de efecto túnel. Estos átomos estaban en constante y silenciosa interacción entre sí a través de las direcciones de su rotación. En un avance inteligente, los investigadores pudieron dividir un solo par de átomos y electrocutar uno de ellos con una corriente eléctrica para invertir su rotación. Luego, midieron la reacción de su pareja.

Cuando dos átomos contienen un espín conjugado, se consideran entrelazados cuantitativamente. Este entrelazamiento significa que el comportamiento de un átomo tiene un efecto directo sobre el otro, según la teoría Esto debería ser cierto Incluso cuando los separa Grandes distancias. En este caso, los átomos de titanio se espaciaron ligeramente más de un nanómetro (una millonésima de milímetro) lo suficientemente cerca para que las dos partículas interactuaran entre sí, pero lo suficientemente lejos de la interacción. Puede ser detectado por herramientas de equipo.

El coautor Sander Otti, físico cuántico del Instituto Kavli de Neurociencia de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, dijo. Otti aclaró en un correo electrónico que Los científicos anteriormente Pudieron medir la fuerza de diferentes rotaciones atómicas y el efecto de esa fuerza en el nivel de energía de un átomo. Pero esta experiencia les permitió monitorear esta reacción a lo largo del tiempo.

Una de las grandes esperanzas de la física experimental es que los investigadores algún día podrán simular interacciones cuánticas a su gusto, modificar el sistema cuántico como mejor les parezca y observar cómo funciona la mecánica cuántica. De hecho, los investigadores lo hicieron, desatando una acción específica en un átomo y observando cómo interactúa el átomo vecino.

“Esta es una demostración genial de una simulación cuántica muy simple”, dijo Ella Lachman, física cuántica de la Universidad de California, Berkeley, que no participó en el nuevo estudio. “Al controlar las posiciones de los átomos, teóricamente podemos construir una réplica exacta de la red o cualquier sistema cuya dinámica queramos estudiar”.

El equipo eligió trabajar con átomos de titanio porque tienen la menor cantidad de opciones posibles para girar, ya sea hacia arriba o hacia abajo. Los átomos de titanio se unieron a la superficie del óxido de magnesio, manteniéndolos en su lugar para su examen. Atascado en esta superficie, que se ha conservado en un vacío casi vacío a solo un grado Kelvin, o -457.87 Fahrenheit, los científicos pueden seleccionar átomos individualmente bajo la punta del microscopio. Video Muestre cómo funciona eso). Luego pueden revertir la rotación del átomo empujando un átomo en par con un pulso eléctrico, provocando una reacción instantánea por parte de su vecino. Otti dijo que estas reacciones se pueden predecir a través de las leyes de la mecánica cuántica. (Si dice “way knock”, puede estar seguro de que la siguiente partícula responderá “¿Desde allí?”) El proceso completo tomó alrededor de 15 nanosegundos, o 15 mil millonésimas de segundo. Su búsqueda fue Publicado Hoy en ciencia.

Hay otros medios de lectura en el mundo cuántico. Los científicos son capaces de evocar interacciones entre átomos cambiando la rotación de uno de ellos, pero esta interconexión ocurre tan rápidamente que los medios típicos de observación, como Técnica de resonancia rotacional, No se puede recibir. Investigadores cuánticos Los pulsos de microondas se utilizan a menudo Hacer que los átomos cambien de estado u observar la mecánica cuántica de otra manera, pero este enfoque de pulso eléctrico le dio al equipo la capacidad de detectar interacciones más sutiles que finas. DM es equivalente de un átomo a un átomo.

Métodos como la técnica de resonancia de espín son “simplemente demasiado lentos”, dijo Lucas Feldman, físico cuántico del Instituto Kavli de Neurociencias de la Universidad Tecnológica de Delft, en Delft. Lanzamiento. “Apenas comencé a girar uno antes de que el otro comenzara a girar. De esa manera, nunca se puede verificar lo que sucede cuando se colocan los dos giros en direcciones opuestas”.

El microscopio utilizado en el experimento reciente del equipo.

El microscopio utilizado en el experimento reciente del equipo.
imagen: TU Delft / Unisoku

La verdadera magia de esta línea. Investigar Otte dijo que aún no había venido. A medida que este descubrimiento mapeó el retroceso de los giros entre dos átomos, la situación se vuelve más compleja con cada átomo que agrega a la ecuación. Puede pensar en un juego en el teléfono en el que los participantes puedan pasar el mensaje mientras lo susurran de nuevo tal como llegó. Los mensajes provenientes de diferentes direcciones comenzarán a cruzarse, distorsionando los datos oficiales.

“Como siempre, los modelos de juegos son geniales, pero una vez que les agregamos la complejidad que realmente nos importa, las preguntas sobre sus medidas y sus interpretaciones se vuelven más complejas”, dijo Lachman. ¿Pueden hacer el mismo experimento con tres átomos mientras solo miden un átomo? Quizás sí, pero la interpretación de la analogía se vuelve más complicada. ¿Qué tal diez átomos? ¿Veinte? El tiempo y la destreza determinarán si esta es una gran demostración de un modelo de juego o algo más profundo. El potencial está ahí “.

Otte también enfatizó los desafíos de inclinar la mente para superar un sistema simple de dos átomos. “Si lo aumentamos a 20 vueltas, mi computadora portátil no podrá calcular lo que está sucediendo. A 50 vueltas, las mejores supercomputadoras del mundo se dan por vencidas, y así sucesivamente”, dijo Otte. “Si queremos entender con precisión cómo ocurre el comportamiento complejo de ciertas sustancias (un excelente ejemplo es la superconductividad), tendremos que” construir “materiales desde cero y aprender cómo funcionan las leyes de la física al aumentar de 10 a 100 a 1000 átomos. . ” La superconductividad se refiere a materiales que pueden transmitir electricidad sin resistencia, lo que solo es posible en la actualidad a temperaturas extremadamente frías. Por esta razón, un Un superconductor a temperatura ambiente es el santo grial de la física. Cambiará completamente el mundo.

Pero es en estos números altos que comienza a reconocer las recompensas finales. En lugar de escuchar un solo sonido de corazón a corazón, los investigadores finalmente pueden escuchar el murmullo de las conversaciones cuánticas con muchos átomos moviéndose hacia adelante y hacia atrás. Por supuesto, necesitaremos mejores computadoras para tales trampas, pero incluso las interacciones más pequeñas son especialmente importantes, como el comienzo de una conversación más amplia.

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