I dag, de flesta kvantexperiment utförs med hjälp av ljus, inklusive de inom nanomekanik, där små föremål kyls med elektromagnetiska vågor i sådan utsträckning att de avslöjar kvantegenskaper. Nu, ett team av fysiker som leds av Oriol Romero-Isart vid universitetet i Innsbruck och den österrikiska vetenskapsakademien föreslår att kyla mikropartiklar med ljudvågor istället.

Medan kvantfysiken vanligtvis handlar om de grundläggande byggstenarna för ljus och materia, för en tid, forskare har försökt undersöka kvantegenskaperna hos större objekt, därigenom undersöker gränsen mellan kvantvärlden och vardagen. För det här syftet, partiklar saktas ner med hjälp av elektromagnetiska vågor och rörelseenergin reduceras drastiskt. Detta beskrivs som "rörelsekylning". Kvantegenskaper uppstår när partiklar kyls till deras grundläggande kvantjordtillstånd, det är, till lägsta möjliga energinivå.

Än så länge, det enda sättet att kyla partiklar till marktillståndet har varit att få dem att interagera med fotoner fångade i en elektromagnetisk resonator. Men teoretiska fysiker ledda av Carlos Gonzalez-Ballestero och Oriol Romero-Isart från universitetet i Innsbruck och den österrikiska vetenskapsakademin, i samarbete med experimentisten Jan Gieseler från Harvard University och ICFO i Barcelona, föreslår nu att magnetiska partiklers rörelse interagerar med de inre akustiska vågorna som är begränsade inuti varje partikel.

Ljudvågor i mikromagneter

I analogi med fotoner-ljusets kvanta-kan vibrationer i en fast kropp beskrivas som så kallade fononer. Dessa små ljudvågspaket förökar sig genom kristallgallret i det fasta ämnet. "Fononerna är mycket isolerade och interagerar med partikelrörelsens rörelse endast genom magnetiska vågor, "förklarar Carlos Gonzalez-Ballestero." I vårt arbete, vi visar nu att denna interaktion kan styras av ett magnetfält. "Detta möjliggör kvantexperiment utan fotoner, och därför även med ljusabsorberande partiklar. "Omvänt, vi visar också att den starka interaktionen mellan rörelse och fononer ger en väg att sondera och manipulera den svårfångade och exotiska dynamiken hos akustiska och magnetiska vågor i mycket små partiklar, "tillägger Oriol Romero-Isart. Den nya metoden öppnar också upp nya möjligheter för kvantinformationsbehandling, till exempel, genom att använda fononer som kvantminne.