Levitujúci diamant ukázal, ako dokáže kvantová mechanika hýbať bežnými predmetmi

 

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Výskumníci z inštitútu OIST po prvýkrát pohli centimetrovým objektom s hmotnosťou 128 miligramov pomocou kvantového spinu.

• Levitujúci diamant reagoval na zelený laser, ktorý zmenil jeho vnútorný kvantový stav a vytvoril magnetickú silu.

• Experiment otvára cestu k vývoju mimoriadne presných senzorov na detekciu temnej hmoty a gravitačných vĺn.

Kvantová mechanika zvyčajne vládne svetu neviditeľných častíc, no vedcom z Okinawa Institute of Science and Technology sa podaril zaujímavý experiment. Úspešne demonštrovali mechanický pohyb centimetrového objektu, ktorý vyvolala výlučne sila kvantového spinu elektrónov. Ako testovací objekt im poslúžil diamant s hmotnosťou 128 miligramov, ktorý levitoval vo vákuu nad silným cylindrickým magnetom. Tento kameň obsahuje miliardy mikroskopických chýb známych ako centrá dusík-vakancia, ktoré fungujú ako drobné kvantové magnety.

Samotný pohyb výskumníci vyvolali pomocou cielených pulzov zeleného lasera s výkonom 50 miliwattov. Svetlo excitovalo elektróny v štruktúre diamantu, čím sa zmenil ich kvantový spin a kameň začal svietiť na červeno. Táto zmena vytvorila nepatrnú magnetickú fluktuáciu, ktorá diamant fyzicky potlačila smerom nadol k podložnému magnetu.

Vzniknuté vertikálne posuny následne merali s pikometrovou presnosťou prostredníctvom mimoriadne citlivého laserového interferometra. Štúdia zverejnená v magazíne Science Advances tak potvrdila stabilnú reakciu makroskopického objektu na drobný kvantový jav. Doterajšie snahy o prepojenie klasickej fyziky a kvantových javov pri väčších objektoch narážali na problémy s okolitým prostredím.

Výskumnému tímu pod vedením Jasona Twamleyho sa podarilo vytvoriť stabilnú platformu, ktorá odoláva bežným teplotným a vibračným vplyvom. Ak sa túto technológiu podarí vylepšiť o jeden ďalší rád, vedci by mohli v praxi pozorovať slávny paradox Schrödingerovej mačky. Okrem pochopenia fundamentálnych zákonov vesmíru má tento objav obrovský praktický potenciál pre moderné technológie.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Prelomové pozorovanie umožňuje konštrukciu senzorov s bezprecedentnou presnosťou, ktoré v budúcnosti pomôžu pri pátraní po gravitačných vlnách a temnej hmote.

Zdroj: oist.jp foto: Cassondra George (OIST)