• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Hypersonisk materiavågor för ultrasnabb atomtronics

    Upphovsman:Cretan Matter Waves Group

    Atomtronics manipulerar atomer mycket på det sätt som elektronik manipulerar elektroner. Den utlovar mycket kompakta kvantanordningar som kan mäta otroligt små krafter eller små rotationer. Sådana enheter kan en dag användas för att övervaka jordens status genom att känna av vattennivåer i öknen eller på jakt efter mineraler och olja. De kommer också att användas i navigering, när GPS misslyckas på flygplan eller fartyg på grund av skadliga attacker eller helt enkelt för att den inte är tillgänglig, t.ex. i djuphavet. De kan också en dag fungera som bärbara kvantsimulatorer som löser komplexa beräkningsuppgifter.

    Koherent atomtronik manipulerar atomer i form av materiavågor som härstammar från Bose-Einstein-kondensat (ett tillståndstillstånd där alla atomer förlorar sin individuella identitet och blir ett enda kvanttillstånd med alla atomer överallt i kondensatet samtidigt). Atomerna i dessa materievågor beter sig mycket mer som vågor snarare än enskilda partiklar. Dessa materiavågor kan bringas att störa och därmed reagera på de minsta förändringar i deras miljö, till exempel skillnaden i dragkraft mellan lätt organiskt material och tung järnmalm. Jämfört med ljus, atomer kan vara 10 miljarder gånger känsligare, t.ex. till rotation eller acceleration, jämfört med fotoner som utgör ljus. Denna känslighet beror på mättiden och - precis som Newtons äpple - faller atomer på grund av jordens gravitation. Detta tvingar de mest känsliga interferometrarna att vara väldigt långa, når 10 meter och i vissa fall till och med 100 meter. Den möjliga lösningen skulle vara att styra atomerna i materiavågledare, ungefär som optiska fibrer styr ljus. Tyvärr, det faktum att de är så känsliga för acceleration gör dem extremt känsliga för eventuella defekter i materiavågledarna. Det är därför som tills nyligen dock, det fanns inga lämpliga vågledare för atomer. Anledningen är att materiavågor är extremt känsliga för mjukheten.

    Ett internationellt team av forskare på Kreta (Grekland) under ledning av Wolf von Klitzing har tagit ett steg mot små, supersensitiva atomtronic-enheter genom att demonstrera den första sammanhängande accelerationen och transporten av materiavågor i atomtronic-vågledare. Genombrottet för forskarna vid IESL-FORTH är att de använde en kombination av magnetfält vid olika frekvenser för att producera så kallade tidsmedelt adiabatiska potentialer (TAAP). För att bevisa att dessa matterwave -guider är helt släta, de konstruerade en mm-stor accelerationsring för neutrala materiavågor, ungefär som den km-stora CERN-acceleratorn för laddade partiklar. Sågvågorna nådde hypersoniska hastigheter som översteg Mach 16 (en maskin =ljudets hastighet) och styrde materiavågorna i mer än 40 cm - en förbättring med mer än en faktor 1000 jämfört med föregående rekord.

    Foto av en BEC i en ringformad materielvågguide. Upphovsman:Cretan Matter Waves Group

    De tekniska utmaningarna för färdig kvantteknik för applikationer i den verkliga världen är fortfarande enorma. TAAP-vågledarna för Natur papper är ett viktigt steg i den riktningen. Det kretensiska matterwaves-teamet kommer att använda denna mini CERN-liknande acceleratorring för att studera grundläggande fysikfrågor som superfluidegenskaperna hos Bose Einstein-kondensat och atomkollisioner. Inom en snar framtid, de planerar att konstruera ett mm-stort atomtronic gyroskop och gravitationssensor baserat på ringen.

    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com