Sympatiskt kylschema och numeriska simuleringar. (a) Optisk bindning kopplar samman rörelsen i mitten av två mikrosfärer (avbildad som en fjäder mellan partiklarna). När återkopplingskylning appliceras på den vänstra partikeln kyls den högra partikeln sympatiskt. (b), (c) Tidsutveckling av simulerade massacentrumtemperaturer 𝑇1 (heldragna linjer) och 𝑇2 (streckade linjer) för den återkopplingskylda respektive sympatiskt kylda partikeln kontra gastryck för (b) 𝜉/𝜅=0.01ξ/κ=0.01 och (c) 𝜉/𝜅=0.1ξ/κ=0.1. (d) Simulerade steady-state temperaturer 𝑇1 (blå) och 𝑇2 (röd) som en funktion av gastrycket för olika bindningsstyrkor. Kredit:Optica (2022). DOI:10.1364/OPTICA.466337
Ett team av internationella forskare, inklusive forskare från University of St Andrews, har skapat ett mikrokylskåp i storleken av en blodkropp för att kyla intilliggande föremål, som kan ha stora tillämpningar inom kvantteknik.
Denna forskning, publicerad i tidskriften Optica , skulle kunna hjälpa till att ta itu med den långvariga öppna frågan inom fysiken – varför mystiska kvanteffekter som styr beteendet hos atomer och molekyler inte ses i en vardaglig skala.
Kvantmekaniken beskriver beteendet hos exceptionellt små föremål vid mycket låga temperaturer. Bland de anmärkningsvärda effekterna av kvantmekaniken är kvantintrassling.
Kallas av Einstein som "läskig handling på avstånd", denna effekt kopplar ödet för separerade objekt:att utföra en mätning av ett objekt visar dig omedelbart resultatet av samma mätning på det andra objektet, även om det är exceptionellt långt borta. Detta ligger bakom den nuvarande drivkraften för att realisera kvantdatorer och kvantbaserad kryptering.
För att se intrassling mellan två objekt måste de först vara i kvantregimen. Det betyder att de måste vara otroligt kalla - och ju större föremålet är, desto kallare måste det vara. Av denna anledning har intrassling bara någonsin visats med exceptionellt små och kalla föremål, såsom små moln av atomer eller molekyler. Intrassling av vardagliga föremål förblir i science fiction-området.
Men i ett viktigt steg mot detta mål har ett internationellt team av forskare från Skottland, Australien, USA och Tjeckien nu utvecklat ett sätt att tillåta två eller flera glaspärlor, var och en lika stor som en röd blodkropp, att kylas till temperaturer kallare än yttre rymdens djup.
För föremål av den här storleken är hastigheten på deras rörelse relaterad till deras temperatur, så att sakta ner ett föremål kyler det effektivt. Teamet använde laser för att kyla en av pärlorna, som sedan fungerade som ett kylskåp för en extra pärla. De uppnådde detta genom att använda ljusspridning mellan pärlorna för att koppla ihop deras rörelse. Genom att sänka temperaturen i det laserkylda kylskåpet kyldes de andra pärlorna till mindre än en grad över absolut noll – den kallaste temperaturen som kan uppnås i universum och nästan 300 grader svalare än en varm dag.
Dr. Yoshihiko Arita, forskare vid universitetets skola för fysik och astronomi och den första författaren till studien, sa:"Detta experiment visar en ny väg genom vilken vi kan kyla två eller flera objekt. Det är spännande att tillvägagångssättet är kompatibelt med många aktuella experiment på området och det erbjuder en potentiell väg för att se intrassling i föremål som är i utkanten av vad vi kan se med blotta ögat."
Professor Kishan Dholakia från School of Physics and Astronomy och University of Adelaide, som övervakade forskningen, sa:"Leviterade partiklar är redo att erbjuda ett paradigmskifte för jordbunden avkänning av fundamentala krafter och kvantfysik. De kan till och med leda till tabell- toppsensorer för gravitationsvågor. Detta arbete kommer att inspirera forskare att utforska fördelarna med flera partiklar för en rad studier i detta växande område." + Utforska vidare
