Впервые физики получили четкое представление о том, как отдельные атомы ведут себя как волна.
На изображении видны острые красные точки флуоресцентных атомов, превращающиеся в размытые точки волновых пакетов, что является потрясающей демонстрацией идеи о том, что атомы существуют как в виде частиц, так и в виде волн – одного из краеугольных камней физики. Квантовая механика.
Ученые, изобретшие технологию визуализации, разместили свои выводы на сервере препринтов. arXivпоэтому их исследование еще не было рецензировано.
«Волновая природа материи остается одним из самых ярких аспектов квантовой механики», — пишут исследователи в своей статье. Они добавляют, что их новая техника может быть использована для изображения более сложных систем, что даст понимание некоторых фундаментальных вопросов физики.
Впервые он был предложен французским физиком Луи де Бройлем в 1924 году и развит Эрвином Шрёдингером. после двух летКорпускулярно-волновой дуализм утверждает, что все объекты квантового размера и, следовательно, вся материя существуют как частицы и волны одновременно.
Связанный: Изменение уравнения кота Шрёдингера может объединить теорию относительности Эйнштейна и квантовую механику, показывают исследования
Физики обычно интерпретируют знаменитое уравнение Шрёдингера, утверждая, что атомы существуют в пространстве как пакеты волнообразной вероятности, которые затем при наблюдении коллапсируют на отдельные частицы. Хотя это странное свойство квантового мира и кажется ошеломляюще нелогичным, оно наблюдалось много раз. Эксперименты.
Чтобы отобразить эту загадочную двойственность, физики сначала охладили атомы лития. Температура близка к абсолютному нулю Бомбардируя его фотонами или частицами света из лазера, чтобы лишить его импульса. Как только атомы охлаждаются, большее количество лазерных лучей захватывает их внутри оптической решетки в виде дискретных лучей.
По мере того как атомы охлаждались и удерживались, исследователи периодически выключали и включали оптическую сеть, расширяя атомы из ограниченного состояния, близкого к частице, до волнообразного состояния, а затем обратно.
Микроскопическая камера записывала свет, излучаемый по мере того, как атомы росли и сжимались между каждым состоянием, создавая изображение острых точек частиц внутри волнообразных мазков, которые идеально отображали уравнение Шредингера.
«Этот метод визуализации заключается в перезагрузке сети для проецирования каждого волнового пакета в одну лунку, чтобы снова превратить его в частицу — это больше не волна», — соавтор исследования. Тарик объясняетФизик из Французского национального центра научных исследований и Высшей школы в Париже рассказал Live Science. «Вы можете рассматривать наш метод визуализации как средство измерения интенсивности волновой функции, мало чем отличающееся от пикселей в ПЗС-камере». ПЗС-камера — это популярный тип цифровой камеры, в которой для захвата изображений используется устройство с зарядовой связью.
Ученые говорят, что это изображение — всего лишь простая демонстрация. Их следующим шагом будет использование его для изучения систем сильно взаимодействующих атомов, которые до сих пор недостаточно изучены.
«Изучение таких систем может улучшить наше понимание экзотических состояний материи, например тех, которые находятся в ядре чрезвычайно плотной материи. Нейтронные звездыили кварк-глюонная плазма, которая, как полагают, существовала вскоре после своего появления. великий взрыв«Яфса сказал.
«Интроверт. Мыслитель. Решатель проблем. Злой специалист по пиву. Склонен к приступам апатии. Эксперт по социальным сетям».
More Stories
Дерматолог рассказывает о своих любимых способах стимулирования здорового роста волос
Обнаружение загадочных структур, спрятанных под поверхностью Марса: ScienceAlert
«Целая экосистема» окаменелостей возрастом 8,7 миллионов лет найдена под средней школой в Лос-Анджелесе | Лос-Анджелес