Hmota v kvantovém simulátoru je 3miliardkrát chladnější než vesmír  
Japonsko americký tým zchladil asi 300 tisíc atomů ytterbia na 1 miliardtinu kelvinu a uzavřel je v optické mřížce. Tím vznikl kvantový simulátor, který umožnil odkrýt komplexní kvantově magnetické vlastnosti ytterbia. Klasický výpočet těchto vztahů je přitom stále mimo možnosti soudobých počítačů.
Vizualizace kvantového simulátoru. Kredit: Ella Maru Studio; K. Hazzard/Rice University.
Vizualizace kvantového simulátoru. Kredit: Ella Maru Studio; K. Hazzard/Rice University.

Vesmírný prostor je téměř prázdný a nesmírně mrazivý. Nikoliv ale absolutně. Jeho teplota je zhruba 2,7 kelvinů, což odpovídá mínus 270 °C. Na tuto hodnotu je vesmír „ohříván“ mikrovlnným reliktním zářením, které poletuje vesmírem téměř od samotného Velkého třesku.

 

Kaden Hazzard uprostřed. Kredit: Jeff Fitlow / Rice University.
Kaden Hazzard uprostřed. Kredit: Jeff Fitlow / Rice University.

Japonsko americký výzkumný tým, který vedli Yoshiro Takahashi z japonské Kyoto University a Kaden Hazzard z americké Rice University, ve svém experimentu pracoval s částicemi, jejichž teplota byla zhruba 3miliardkrát nižší než teplota vesmírného prostoru. Cílem fyziků přitom bylo zkoumat doposud neprobádanou říši kvantového magnetismu.

 

Jak trefně poznamenává Hazzard, pokud někde kolem nás mimozemští odborníci neprovádějí podobný výzkum, pak jejich experiment, který běží v laboratořích Kyoto University, vyrábí nejchladnější fermiony v celém vesmíru. V tomto experimentu badatelé používají lasery k ochlazování atomů ytterbia, na teplotu zhruba 1 miliardtiny kelvinu. Je to náročné, ale právě takový postup zajistí, že se hmota stane více kvantovou. Vědci pak mohou zkoumat nové fenomény.

 

Logo. Kredit: Rice University.
Logo. Kredit: Rice University.

Lasery v takovém experimentu nejen ochladí atomy na bláznivě nízkou teplotu, ale také je „uzavřou“ v optické mřížce či světelných paprscích. Tím vznikne pozoruhodný „kvantový simulátor“, který může řešit komplexní problémy, co jsou mimo dosah výpočetní kapacity konvenčních počítačů. Hazzardův a Takahashiho tým uzavřel v optické mřížce až 300 tisíc atomů ytterbia.

 

V rámci zmíněného experimentu použili často používaný kvantový model Hubbard, který v roce 1963 vytvořil teoretický fyzik John Hubbard. Tento model se obvykle využívá při výzkumu magnetického a supravodivého chování materiálů, obzvláště pokud jde o „kolektivní chování“ elektronů v materiálech.

 

Podle Hazzarda v tomto experimentu sehrál zásadní roli speciální teploměr, založený na jejich předchozích výzkumech. V modelu Hubbard využili speciální typ symetrie SU(N), kde „SU“ znamená „special unitary group“, což je matematický popis symetrie a „N“ představuje počet možných spinových stavů částic v modelu. Čím vyšší je hodnota N, tím vyšší je symetrie modelu, a také je složitější magnetické chování, které popisuje. Atomy ytterbia mají 6 možných spinových stavů. Hazzard a spol. tedy zprovoznili kvantový simulátor Hubbard SU(6), a jako první z něj odvodili kvantově magnetické vlastnosti.

 

Video: Kaden Hazzard - SU(N) magnetism in ultracold atoms & structure of correlations in many-body systems

 

Literatura

Rice University 1. 9. 2022.

Nature Physics online 1. 9. 2022.

Datum: 03.09.2022
Tisk článku

Související články:

Ultramrazivý experiment úspěšně simuloval raný vesmír     Autor: Stanislav Mihulka (01.09.2013)
Kvantový Zenonův jev potvrzen: Když se díváte, atomy se nehýbají     Autor: Stanislav Mihulka (25.10.2015)
Extrémně ultrachladné atomy mohou tvarovat či směrovat světlo     Autor: Stanislav Mihulka (06.09.2020)
Kvantoví mechanici poprvé kontrolovaně vystavěli kvantové doménové stěny     Autor: Stanislav Mihulka (20.02.2022)



Diskuze:

Clickbait

Ivo Brabec,2022-09-06 07:18:39

Pan Fojt mne předběhl ale souhlasim s tím ze tyto clickbaitove titulky nejsou na Oslovi zapotřebí. Já si to přesto i když tam bude napsáno ze teplota byla o 2.7 stupně nižší než teplota vesmíru. Prip psaní se mi také zvedla tělesná teplota asi o biliontinu teploty vesmíru …ie.rozuměj zůstala stejná ale zní to senzačně.

Odpovědět


Re: Clickbait

Z Z,2022-09-06 14:33:19

Ale nadpis je práve zrozumiteľnejší, než že to bolo o 2,7 K menej než teplota vesmíru.
Hlavné z experimentu je to, ako "ďaleko" je to od absolútnej nuly.
A na laickú predstavu je to porovnané s teplotou vesmíru.
O pomer rozdielu medzi teplotu vesmíru a absolútnou nulou a teplotou experimentu a absolútnou nulou.
Keďže ide o Kelviny, dajú sa v tomto prípade jednoducho podeliť.
Nezmyselné by boli takéto počty v °C, pamätám si, že v jedných novinách bolo takto počítané, že doterajší rekord 30 °C bol prekonaný o 15 % na 34,5 °C.
Ako by porátali "v percentách" rekord z - 1°C na + 2 °C?

Odpovědět


Re: Clickbait

Jitka Hedencova,2022-09-07 17:03:07

Vzhledem k tomu, že při absolutní nule se nic nepohybuje, tak vědci dosažena teplota je opravdu super výkon. Vůbec nechápu, jak ji mohou dosáhnout pomocí laseru

Odpovědět

milionkrát

Jiří Fojt,2022-09-05 12:38:28

Když je ráno v určitou dobu teplota +0,1°C a později +10°C, tak to znamená, že je stokrát vetší teplota?

Odpovědět


Re: milionkrát

Daniel Cibulka,2022-09-05 14:05:35

Přepočtěte si ty stupně Celsia na Kelviny a pak teprve dělte.

Odpovědět


Re: milionkrát

Vojtěch Kocián,2022-09-05 14:13:21

Ne. Bude to jen asi 1,036 krát vyšší teplota. Teplotu je možné násobit, jen pokud použijete stupnici, která má nulu na absolutní nule (což je v rámci článku splněno). Délku byste také nemohl násobit, pokud byste použil stupnici, kde by nula znamenala... Já nevím, třeba průměrnou výšku člověka. Z tohohle pohledu sice vypadá Celsiova či Fahrenheitova stupnice jako úplný nesmysl, ale vzhledem k tomu, že nás většinou zajímají jen rozdíly teplot, tak je to použitelné.

Odpovědět


Re: milionkrát

Ondřej Nečas,2022-09-05 14:42:12

Což teprve, kdyby ráno bylo 0 °C a v poledne 1 °C. To by byla nekonečněkrát větší...

Odpovědět


Re: milionkrát

Petr Slachta,2022-09-05 18:16:07

Nechcete raději napsat něco zajímavého k tématu? Určitě o něm něco zajímavého víte.
A jinak. Mě osel dost baví, ale poslední dobou mě už dost stvou tady ty zpochybnovaci a rypaci příspěvky. Což je škoda, protože občas i tady v diskuzi člověk narazí na zajímavé informace.

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku








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