Progresele în domeniul fizicii cuantice sunt adesea marcate de descoperiri fascinante. Această nouă descoperire a cercetătorilor MIT nu face excepție. Cercetătorii au reușit să apropie două straturi de atomi magnetici ultrareci la ceea mai mică distanță de până acum, dezvăluind astfel fenomene cuantice surprinzătoare care nu au mai fost observate până în prezent.
Înainte de a trece mai departe, să vedem, mai întâi, ce se întâmplă atunci când atomii sunt răciți la temperaturi extrem de scăzute, aproape de zero absolut (-273,15°C). La astfel de temperaturi, mișcările termice ale atomilor devin aproape neglijabile, forțându-i să ocupe cea mai scăzută stare cuantică, numită și starea fundamentală. Atomii se comportă apoi conform regulilor mecanicii cuantice, unde noțiunile clasice de particule discrete sunt înlocuite cu descrieri probabilistice și de unde.
Condensatul Bose-Einstein este un fenomen cuantic care are loc atunci când atomii răciți la temperaturi ultra-scăzute, toți ajung în aceeași stare cuantică, formând un fel de „super-atom” în care granițele dintre particulele individuale devin neclare. Spre deosebire de materia obișnuită în care fiecare atom este distinct, într-un condensat Bose-Einstein, atomii se comportă colectiv ca o singură entitate coerentă. Acest comportament este una dintre cele mai interesante caracteristici ale fizicii cuantice. Acesta arată cum proprietățile atomilor individuali se pot întrepătrunde și suprapune pentru a forma fenomene macroscopice complet noi. Această capacitate a particulelor de a se comporta ca undele este esențială pentru înțelegerea multor aspecte ale fizicii cuantice, inclusiv supraconductivitatea și alte fenomene avansate.
Cu toate acestea, studiul fenomenelor cuantice prezintă provocări tehnice semnificative, în special în ceea ce privește interacțiunile dintre particule. Acestea sunt adesea sensibile la distanța dintre particule, ceea ce poate complica experimentele și observațiile. În cadrul studiului menționat la începutul acestui text, cercetătorii au fost interesați de atomii de disprosiu (elementul chimic cu numărul atomic 66) care au particularitatea de a putea interacționa la distanțe mari prin interacțiuni dipol-dipol. Acestea sunt forțele de atractive slabe, care apar între sarcinile parțiale ale atomilor adiacenți. Spre deosebire de alte tipuri de interacțiuni atomice, cum ar fi interacțiunile Van der Waals, care se degradează rapid cu distanța, interacțiunile dipol-dipol pot fi resimțite la distanțe mai mari.
Cu toate acestea, chiar și cu această capacitate de a interacționa la distanță, cercetătorii se confruntă cu provocări în studierea acestor interacțiuni cuantice pe distanță lungă. Principala dificultate constă în necesitatea de a controla distanța dintre particule cu o precizie extremă. Variațiile minime ale distanței dintre atomi pot avea într-adevăr efecte semnificative asupra interacțiunilor lor cuantice. Pentru a depăși obstacolele tehnice și a studia efectele cuantice la o scară atât de precisă, cercetătorii trebuie, prin urmare, să utilizeze metode inovatoare. În acest studiu, echipa MIT a găsit o soluție folosind fascicule laser focalizate printr-o lentilă. Acestea formează un punct focal gaussian care acționează ca o pensetă pentru atomi. Experimentul și rezultatele obținute au fost publicate în revista Science.
Ceea ce face această abordare deosebit de ingenioasă este că cercetătorii au folosit două fascicule laser separate pentru a controla separat rotația în sus și în jos a atomilor de disproziu. Aceste fascicule laser sunt reglate la frecvențe și unghiuri de polarizare ușor diferite, astfel încât fiecare dintre ele controlează doar una dintre rotațiile atomilor. Această tehnică permite cercetătorilor să aibă un control precis asupra straturilor duble ale atomilor de disproziu, menținându-le incredibil de apropiați. Controlând cu atenție proprietățile pensetei optice, echipa MIT a reușit să aducă atomii la o distanță mai mică de 50 nanometri.
Această proximitate fără precedent a dezvăluit o serie de efecte cuantice ciudate, dintre care unul dintre cele mai remarcabile este transferul de căldură prin vid între cele două straturi de atomi. Acest fenomen sfidează așteptările obișnuite pentru transferul de căldură, demonstrând complexitatea interacțiunilor cuantice la această scară. Studiul interacțiunilor cuantice dintre aceste straturi duble de atomi nu se oprește aici. Cercetătorii intenționează să exploreze noi aspecte, inclusiv modul în care aceste straturi duble interacționează cu lumina. Această explorare este crucială, deoarece ar putea dezvălui fenomene încă necunoscute și ar putea deschide calea pentru noi aplicații tehnologice.
Unul dintre cele mai interesante aspecte este posibilitatea de a forma perechi Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS). Acestea sunt stări cuantice legate, care se formează între anumite particule subatomice, numite fermioni, la temperaturi foarte scăzute. În aceste perechi, fermionii sunt legați împreună prin interacțiuni cuantice, creând o stare colectivă care se comportă diferit față de particulele individuale. Formarea acestor perechi BCS prezintă un interes deosebit, deoarece este strâns legată de un fenomen binecunoscut: supraconductivitatea. Într-adevăr, în anumite materiale, atunci când electronii formează perechi BCS, ei pot curge prin material fără a întâmpina rezistență electrică, creând astfel o stare de supraconductivitate. Acest fenomen are implicații importante în diverse domenii, inclusiv în electronică, tehnologia senzorilor și transmisia energiei. Astfel, prin explorarea posibilității de a forma perechi BCS în aceste straturi duble de atomi, cercetătorii deschid calea pentru noi progrese în domeniul supraconductivității. Aceste descoperiri ar putea duce la dezvoltarea materialelor supraconductoare la temperatura camerei, care ar revoluționa multe aspecte ale tehnologiei moderne.
