Sedm fotonů se chová stejně, jako když jich jsou miliardy miliard  
Fyzika kapky vody je v zásadě stejná jako fyzika vody plaveckého bazénu. Jak to ale funguje, když látku tvoří doslova jenom pár částic? Odpověď přinesl průlomový experiment se sedmerem fotonů.
Zařízení na výzkumu sedmera fotonů. Kredit. Imperial College London.
Zařízení na výzkumu sedmera fotonů. Kredit. Imperial College London.

Většina látek, s nimiž si hraje fyzika, se skládá ze skutečně ohromného množství částic. Jejich počty se vymykají lidské představivosti. Tím pádem je v zásadě jedno, jestli zkoumáte vlastnosti vody v plaveckém bazénu anebo v jediné kapičce. I v té kapce vody je totiž více než biliarda částic. Díky tomu obstojně rozumíme jak chování vody v bazénu, tak i chování vody v kapce. Například, v obou těchto množstvích voda mrzne při 0 °C a vře při 100 °C.

 

Robert Nyman. Kredit: Imperial College London.
Robert Nyman. Kredit: Imperial College London.

Při zmrznutí a varu jde o fázové přechody. Kapalina se změní na pevnou látku anebo ve druhém případě na plyn. Fázové přechody přitom často působí dojmem náhlé změny, protože to ohromné množství částic, které tvoří dotyčnou látku, zareaguje prakticky najednou. Jak je to ale v úplně malých systémech? Co když „kapku vody“ tvoří jenom tolik částic, že byste je spočítali na prstech? Jak tohle bude fungovat?


Odpověď na pozoruhodnou otázku hledal mezinárodní tým fyziků z britských Imperial College London a University of Oxford plus německé Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Postavili systém, který obsahoval méně než 10 fotonů a zkoušeli, jak se bude chovat. Nakonec dospěli k závěru, že i když systém tvoří pouhých sedm částic, tak v něm probíhají fázové přechody stejně, jako kdyby těch částic bylo astronomické množství. Jejich výzkum právě publikoval časopis Nature Physics.

 

Imperial College London.
Imperial College London.

K čemu je to dobré? Výzkum kvantového chování částic je mnohem snazší v systémech, které tvoří jenom pár částic. Fyzici teď budou vědět, že fázové přechody v takových systémech probíhají stejně, jako v systémech měřítka reálného světa. Vedoucí výzkumu Robert Nyman z Imperial College potvrzuje, že díky tomu bude možné zkoumat vlastnosti látek postupy, které by nebyly ve větších měřítcích dostupné. Těší se prý především na to, jak budou studovat kvantové vlastnosti hmoty a záření při fázových přechodech v těch nejmenších měřítcích.

 

Nyman a spol. vlastně zkoumali Bose-Einsteinův kondenzát fotonů. A v něm sledovali fázové přechody při rekordně nízkém počtu fotonů, což bylo průměrně právě zmíněných sedm. Pro účely experimentu si vytvořili jednoduché zařízení, které zahrnuje fluorescenční barvivo a zakřivená zrcadla. Jejich systém přitom bude možné využít nejen ke studiu kvantových záležitostí, ale také s ním bude možné vytvářet a ovládat speciální stavy záření. Podle autorů studie jejich zařízení rafinovaně propojuje dva doposud vzdálené světy, fyziku fázových přechodů a fyziku velmi malých systémů. Taková technologie by mohla najít řadu zajímavých uplatnění, například v měřících systémech nebo v senzorech.

Literatura
Imperial College London 10. 9. 2018, Nature Physics online 10. 9. 2018.

Datum: 11.09.2018
Tisk článku

Bosé běhání - Sandler Michael
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 349 Kč
cena: 279 Kč
Bosé běhání
Sandler Michael
Související články:

3 000 atomů strašidelně kvantově entanglováno jediným fotonem!     Autor: Stanislav Mihulka (29.03.2015)
Fyzici poprvé zauzlovali Boseho-Einsteinův kondenzát do kvantových uzlů     Autor: Stanislav Mihulka (20.01.2016)
Nové skupenství: Suprapevná hmota je zároveň krystalická i supratekutá     Autor: Stanislav Mihulka (04.03.2017)



Diskuze:




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace