O descoperire istorică tocmai a fost făcută în lumea fizicii cuantice. Pentru prima dată, cercetătorii au reușit să capteze imagini ale unor atomi individuali care plutesc liber și interacționează în spațiu. O realizare tehnologică care, aproape un secol mai târziu, confirmă unele dintre cele mai fundamentale predicții ale mecanicii cuantice.
A observa un atom izolat este cam ca și cum ai încerca să fotografiezi o picătură de ceață mișcându-se într-o noapte întunecată: este minusculă, evazivă și extrem de fragilă. Totuși, datorită unei tehnici laser de o precizie fără precedent, o echipă de la MIT condusă de fizicianul Martin Zwierlein a realizat imposibilul. „Suntem capabili să vedem atomii individuali și ce fac ei în relație unul cu celălalt. Este magnific”, se entuziasmează Zwierlein într-un comunicat de presă oficial.
Experimentul începe cu crearea unui nor ultra-rece de atomi de sodiu. Prin scăderea temperaturii la fracțiuni de grad peste zero absolut, cercetătorii încetinesc drastic mișcarea particulelor. Aceste condiții extreme dezvăluie natura lor cuantică: atomii nu se mai comportă ca niște bile clasice și devin… unde. Pentru a le capta vizual, cercetătorii proiectează o matrice de lumină laser – o „capcană optică” – prin nor. Acest câmp luminos acționează ca o pânză invizibilă care imobilizează temporar atomii. Un al doilea laser fluorescent le iluminează apoi, dezvăluind poziția lor precisă. Rezultatul: o imagine fidelă a atomilor „în libertate”, plutind în spațiu, cum nu s-a mai întâmplat niciodată.
Particulele observate în acest experiment aparțin unei familii numite bosoni. Particularitatea lor? Spre deosebire de alte particule care se resping reciproc, bosonii preferă să se unească și să împărtășească aceeași stare cuantică. Apoi se pot comporta colectiv ca o singură undă – un fenomen prezis de fizicianul francez Louis de Broglie încă din 1924. Imaginile capturate arată exact acest comportament ondulatoriu. O confirmare spectaculoasă a modelului cuantic, care până acum se baza în principal pe inferențe indirecte. Dar echipa nu s-a oprit aici. Ea a observat și fermioni, cum ar fi atomii de litiu. Acestea, dimpotrivă, au tendința să se respingă reciproc, să-și mențină distanța. Acesta este un tip de comportament complet diferit, prezis tot de mecanica cuantică și de data aceasta surprins și vizual.
Această realizare, prezentată în Physical Review Letters, se bazează pe o nouă tehnologie numită microscopie cu rezoluție atomică. Nu numai că permite vizualizarea particulelor individuale, ci ne permite și să urmărim modul în care acestea interacționează în timp și spațiu. O revoluție pentru cercetarea fundamentală. Folosind această metodă, cercetătorii speră acum să exploreze fenomene și mai exotice, cum ar fi efectul Hall cuantic – un comportament colectiv al electronilor într-un câmp magnetic intens, la granița dintre materie și topologie.
De ce este atât de importantă această realizare? Pentru că oferă în sfârșit acces direct la „lumea cuantică”, acel nivel de realitate unde regulile obișnuite ale fizicii se prăbușesc. Până acum, comportamentul particulelor elementare a fost dedus în principal prin efecte macroscopice sau modele statistice. Astăzi avem o fereastră directă către acest univers straniu. Dincolo de șocul estetic al vederii invizibilului, aceste progrese ar putea într-o zi să alimenteze tehnologii avansate: computere cuantice, senzori ultrasensibili, materiale exotice etc.
Poll: Care este cea mai interesantă caracteristică a bosonilor și fermionilor?
Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România
Leave a Reply