Tämä suora havainto, jota on pitkään pidetty mahdottomana atomien vaikeasti tavoitettavan luonteen vuoksi, avaa uuden ikkunan kvanttifysiikan ilmiöiden tutkimukseen. Innovatiivisen tekniikan avulla, joka yhdistää laserit ja äärimmäisen jäähdytyksen, tutkijat ovat jäädyttäneet nämä ohikiitävät objektit paljastaakseen niiden vuorovaikutukset.
Tekninen saavutus äärettömän pienen tutkimiseksi
Atomit, jotka ovat miljoona kertaa ohuempia kuin hius, noudattavat kvanttimekaniikan vastoin intuitiota olevia lakeja. Niiden sijaintia ja nopeutta ei voida mitata samanaikaisesti, mikä tekee niiden suoran havainnoinnin erityisen vaikeaksi.
MIT:n tiimin kehittämä menetelmä käyttää laseriloukkua rajoittamaan atomipilveä lähes absoluuttiseen nollapisteeseen. Valoverkko jäädyttää ne sitten hetkeksi, jolloin toinen laseri voi paljastaa niiden yksittäiset sijainnit fluoresenssin avulla.
Tätä lähestymistapaa, jota kutsutaan "atomiresoluution mikroskopiaksi", on kehitetty perinteisten kuvantamistekniikoiden ylitse, jotka vain kaappasivat atomipilvien yleisen muodon. Se tarjoaa ennennäkemättömän tarkkuuden kvanttikorrelaatioiden tutkimiseen.
Bosonit ja fermionit objektiivissa
Tutkijat ovat soveltaneet tekniikkaansa kahteen tyyppiseen objektiin: natriumatomien koostamalle bosonipilvelle ja litiumatomien koostamalle fermionipilvelle, Bose-Einstein-kondensaatin muodossa. Ensimmäiset, jotka pystyvät jakamaan saman kvanttitilan, ovat vahvistaneet taipumuksensa kerääntyä muodostaen kollektiivisen aallon, kuten Louis de Broglie ennusti vuonna 1924.
Toisaalta fermionit ovat näyttäneet torjuvaa luonteenaan, välttäen kontaktia samanlaisten kanssa. Kuitenkin erilaisista fermioneista on muodostunut pareja, mikä on keskeinen mekanismi supranjohteuden ymmärtämiseksi. Nämä vastakkaiset käyttäytymiset havainnollistavat aalto-partikkeli-dualismia, joka on kvanttiphysikan ytimessä.
Tiimi aikoo nyt tutkia eksoottisempia ilmiöitä, kuten kvantti-Hall-ilmiötä, jossa elektronit omaksuvat korreloituneita tiloja voimakkaiden magneettikenttien vaikutuksesta. Nämä tutkimukset voisivat valaista vielä keskeneräisiä teorioita.