Yüzyılın daha iyi bir kısmı için, quasipartiküller olarak bilinen kuantum nesnelerinin hepsi hiçbir yer giymişti. Ancak bu değişebilir, şimdi Yale liderliğindeki bir fizikçiler ekibi, en az bir tür quasipartikül üzerinde daha fazla kontrol seviyesi oluşturmanın mümkün olduğunu göstermiştir.
Keşif onlarca yıllık temel bilimi artırıyor ve önümüzdeki yıllarda kuantumla ilgili araştırmalar için geniş uygulamalara sahip olabilir.
Bir quasipartikül “ortaya çıkan” bir kuantum nesnesidir – birlikte, birlikte, her bir bileşende bulunmayan özellikleri gösteren diğer parçacıklarla çevrili merkezi, çekirdek parçacık. Quasipartiküller, bilim adamlarının bilgi işlem, sensörler ve diğer cihazlarda kullanılabilecekler de dahil olmak üzere etkileşen kuantum sistemlerini anlamaya çalıştıkları merkezi kavramsal resim haline gelmiştir.
Ancak kuantum sistemlerindeki diğer parçacıklarla karmaşık etkileşimleri, etkili bir şekilde çalışılmasını zorlaştırabilir.
Yale Sanat ve Bilim Fakültesi, Yale Kuantum Enstitüsü Üyesi Üyesi ve Baş Müfettişli Nir Navon, “Etkileşen kuantum sistemleri modern kuantum bilim ve teknolojideki merkezi oyunculardır, ancak anlamak zordur.” Dedi. Doğa fiziği.
Navon, “Bazı durumlarda, etkileşimler sadece parçacıklar giyiniyor ve onlara modifiye edilmiş bir kütle veya daha uzun bir ömür gibi yeni edinilmiş özellikler veriyor – bunları quasipartiküllere dönüştürüyor.” Dedi. “Burada yaptığımız şey, yeni ve şaşırtıcı bir kontrol seviyesi göstermek. Basit bir ‘düğme’ kullanarak, quasipartiküllerin özelliklerini manipüle edebiliriz. Biraz, etrafındaki tozu kontrol edilebilir bir şekilde karıştırarak bir atı bir tek boynuzlu ata dönüştürmek gibi.”
Yale’deki Navon’un laboratuvarı, kuantum fenomenlerini simüle eden masa üstü deneyleri yaratır. Bunu yaparken, araştırmacılar kuantum dünyasının temel bilimsel özelliklerini ve bu özelliklerin nasıl etkilendiğini araştırıyorlar.
Yeni çalışma için Navon ve işbirlikçileri, Münih Teknik Üniversitesi’nden teorisyen Michael Knap da dahil olmak üzere, Fermi Polaron adı verilen belirli bir quasipartikül türünün özelliklerini manipüle etmenin yollarına baktılar. Fermi Polarons, fermiyonlar adı verilen atom altı parçacıklarla etkileşime giren serbest yüzen safsızlıklarla oluşturulan kuasipartiküllerdir.
Navon, Knap ve meslektaşları, Fermi Polarons’u gözlemlemek için son derece kontrollü, temiz “bir ortam tasarladılar. Nanokelvin sıcaklıklarına soğutulmuş lazer-manipüle edilmiş atomlar kullandılar (bir nanokelvin, mutlak sıfırın üzerinde bir derecenin milyarda biridir) ve hassas radyo frekans kontrolü, quasipartiküller üzerinde yeni bir etki derecesi uygulamak için.
Knap, “Bu deneyde olduğu gibi bir kuantum sistemini yüksek derecede kontrol edebilmek, termodinamik yasalarına uymayan yeni kuantum durumlarına yol açabilir.” Dedi. Diyerek şöyle devam etti: “Artık bu tür egzotik durumları gerçekleştirme koşullarını araştırmak bizim görevimiz.”
Araştırmacılar, bulguların kuasipartiküller hakkında uzun süredir devam eden kavramlara meydan okuduklarını ve kuantum sistemlerini yeni yollarla anlama ve kontrol etme olasılığını açtıklarını söyledi.
Navon, “Bugünlerde en ilginç ve tuhaf kuantum sistemlerinden bazıları, aslında quasipartikleri olmayanlardır.” Dedi.
Diyerek şöyle devam etti: “Quasiparticülleri olan bir kuantum sistemiyle başlama ve harici bir alan kullanarak onları yok edebilen bir kuantum sistemiyle başlama olasılığı, iyi anlaşılan ve şu anda anlayışı ortadan kaldıranlar arasında dikkate değer bir köprü oluşturacak.”
