Fysiker i Israel har skapat en kvantinterferometer på ett atomchip. Denna enhet kan användas för att utforska grunderna i kvantteorin genom att studera interferensmönstret mellan två atomerstrålar. Fysiker vid University of Groningen, Anupam Mazumdar, beskriver hur enheten kan anpassas för att använda mesoskopiska partiklar istället för atomer. Denna modifiering skulle möjliggöra utökade applikationer. En beskrivning av enheten, och teoretiska överväganden om dess tillämpning av Mazumdar, publicerades den 28 maj i tidskriften Vetenskapliga framsteg .

Enheten, skapad av forskare från Ben-Gurion-universitetet i Negev, är en så kallad Stern Gerlach interferometer, som föreslogs för 100 år sedan av tyska fysiker Otto Stern och Walter Gerlach. Deras ursprungliga syfte att skapa en interferometer med fritt förökande atomer utsatta för lutningar från makroskopiska magneter har praktiskt taget inte förverkligats förrän nu. "Sådana experiment har gjorts med fotoner, men aldrig med atomer, "förklarar Anupam Mazumdar, Professor i teoretisk fysik vid University of Groningen och en av medförfattarna till artikeln i Vetenskapliga framsteg .

De israeliska forskarna, ledd av professor Ron Folman, skapade en interferometer på ett atomchip, som kan begränsa och/eller manipulera atomer. En stråle av rubidiumatomer svävar över chipet med hjälp av magneter. Magnetiska gradienter används för att dela strålen enligt centrifugeringsvärdena för de enskilda atomerna. Snurr är ett magnetiskt ögonblick som kan ha två värden, antingen upp eller ner. Spin-up och spin-down atomer separeras med en magnetisk gradient. Senare, de två divergerande strålarna sammanförs igen och rekombineras. Centrifugeringsvärdena mäts sedan, och ett interferensmönster bildas. Spinn är ett kvantfenomen, och under hela denna interferometer, de motsatta snurrarna trasslar ihop. Detta gör interferometern känslig för andra kvantfenomen.

Mazumdar var inte involverad i konstruktionen av chipet, men han bidrog med teoretiska insikter till tidningen. Tillsammans med ett antal av hans kollegor, han föreslog tidigare ett experiment för att avgöra om gravitation i själva verket är ett kvantfenomen med hjälp av intrasslade mesoskopiska föremål, nämligen små diamanter som kan föras i ett tillstånd av kvantöverlagring. "Det skulle vara möjligt att använda dessa diamanter istället för rubidiumatomerna på denna interferometer, "förklarar han. Men denna process skulle vara mycket komplex, som enheten, som för närvarande används vid rumstemperatur, skulle behöva kylas ner till cirka 1 Kelvin för det mesoskopiska experimentet.

Om detta inses, två av dessa atomchips kan fritt falla ihop (för att neutralisera yttre tyngdkraften), så att eventuell interaktion mellan dem beror på gravitationen mellan de två chipsen. Mazumdar och hans kollegor syftar till att avgöra om kvantinvikling av paret sker under fritt fall, vilket skulle innebära att tyngdkraften mellan diamanterna verkligen är ett kvantfenomen. En annan tillämpning av detta experiment är detektering av gravitationens vågor; deras deformation av rymdtid bör synas i interferensmönstret.

Den faktiska implementeringen av detta experiment är fortfarande långt kvar, men Mazumdar är väldigt upphetsad nu när interferometern har skapats. "Det är redan [en] kvantsensor, även om vi fortfarande måste räkna ut exakt vad den kan upptäcka. Experimentet är som ett barns första steg - nu, vi måste vägleda det för att nå mognad. "