Ιάπωνες ερευνητές κατάφεραν κάτι θεωρητικά αδύνατο για την Κβαντική Φυσική

Στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο, μια ομάδα φυσικών κατάφερε κάτι που μέχρι πρόσφατα θεωρούνταν αδύνατο: να περιορίσει την κβαντική αβεβαιότητα που αφορά την κίνηση ενός νανοσωματιδίου αιωρούμενου στο κενό. Με απλά λόγια, οι ερευνητές μπόρεσαν να «συμπιέσουν» τον κβαντικό θόρυβο, δηλαδή ένα όριο που μέχρι σήμερα θεωρούνταν αδιαπέραστο στο πλαίσιο της κβαντικής μηχανικής.

Για να γίνει κατανοητή η σημασία του επιτεύγματος, πρέπει να θυμηθούμε ότι στον υποατομικό κόσμο καμία μέτρηση δεν μπορεί να είναι απόλυτα ακριβής. Ακόμη και στην ελάχιστη ενεργειακή του κατάσταση, κάθε σωματίδιο εξακολουθεί να πάλλεται απρόβλεπτα εξαιτίας των λεγόμενων διακυμάνσεων μηδενικού σημείου. Αυτή η αρχή της αβεβαιότητας είναι θεμέλιο της κβαντικής φυσικής. Η τεχνική που εφαρμόστηκε εδώ, γνωστή ως quantum squeezing (κβαντική συμπίεση), επιδιώκει να μειώσει το εύρος μιας από αυτές τις διακυμάνσεις, περιορίζοντας την αβεβαιότητα κάτω από το επίπεδο που θεωρούταν μέχρι τώρα αναπόφευκτο.

Η ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Kiyotaka Aikawa επέλεξε ως αντικείμενο μελέτης ένα εξαιρετικά μικρό γυάλινο σωματίδιο. Το σωματίδιο αιωρήθηκε μέσα σε μια δέσμη laser, υπό συνθήκες ακραίου κενού και σε θερμοκρασία πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν, δηλαδή το χαμηλότερο όριο που επιτρέπουν οι νόμοι της φυσικής. Μέσα σε αυτό το πλήρως απομονωμένο περιβάλλον, οι επιστήμονες είχαν τη δυνατότητα να χειριστούν το σωματίδιο με εξαιρετική ακρίβεια και να καταγράψουν την κατανομή της ταχύτητάς του αμέσως μετά την «απελευθέρωσή» του από το οπτικό πεδίο.

Εκείνη ακριβώς τη στιγμή εμφανίστηκε το καθοριστικό σήμα: η κατανομή αποδείχθηκε πιο περιορισμένη από το θεωρητικά αναμενόμενο κβαντικό όριο. Αυτό αποτέλεσε σαφή απόδειξη ότι το σωματίδιο είχε βρεθεί σε κατάσταση squeezing. Η επίτευξη δεν ήταν εύκολη. Σωματίδια τέτοιου μεγέθους είναι εξαιρετικά ασταθή και η παραμικρή περιβαλλοντική διαταραχή αρκεί για να ακυρώσει το φαινόμενο. Μετά από χρόνια προσπαθειών, η ομάδα βρήκε τις ιδανικές συνθήκες ώστε να αναπαράγεται το φαινόμενο με σταθερό τρόπο.

Η δυνατότητα να ελεγχθεί η κβαντική συμπεριφορά ενός αιωρούμενου νανοσωματιδίου δεν αποτελεί απλώς ένα εντυπωσιακό επιστημονικό πείραμα, αλλά δημιουργεί ένα φυσικό εργαστήριο που επιτρέπει τη μελέτη της μετάβασης από τον μικρόκοσμο στον μακρόκοσμο: από το επίπεδο των σωματιδίων στον κόσμο που αντιλαμβανόμαστε καθημερινά. Παράλληλα, ανοίγει τον δρόμο για τεχνολογικές εφαρμογές με τεράστιες προοπτικές.

Ένα από τα πιο ελπιδοφόρα πεδία αφορά τους κβαντικούς αισθητήρες. Συσκευές που βασίζονται σε αυτή την αρχή θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε πλοήγηση χωρίς GPS, μια δυνατότητα πολύτιμη για υποβρύχιες αποστολές ή διαστημικά ταξίδια. Θα μπορούσαν επίσης να βελτιώσουν την ακρίβεια ιατρικών διαγνωστικών εργαλείων ή να αυξήσουν την ευαισθησία γεωλογικών μετρήσεων, παρέχοντας νέες δυνατότητες στην επιστήμη της Γης.

Ένα μόνο νανοσωματίδιο, αιωρούμενο ανάμεσα σε δύο κόσμους, μπορεί να λειτουργήσει ως γέφυρα που μας οδηγεί πέρα από τα μέχρι τώρα γνωστά όρια της φυσικής. Οι φαινομενικά θεωρητικές αναζητήσεις μπορούν να οδηγήσουν σε πρακτικές λύσεις με παγκόσμιο αντίκτυπο, από την εξερεύνηση του Διαστήματος μέχρι την καθημερινή υγειονομική περίθαλψη.

[via]