Fisikawan di University of Innsbruck telah mengamati sistem kuantum yang, bertentangan dengan harapan dan meskipun energi baru terus ditambahkan, tidak memanas. Fenomena yang dikenal sebagai “pelokalan banyak tubuh dinamis” menunjukkan bagaimana koherensi kuantum mencegah penyerapan energi. Hasilnya sekarang telah diterbitkan dalam jurnal Sains.
Dalam kehidupan sehari -hari, dapat diamati bahwa bekerja pada suatu sistem yang menyebabkannya memanas: menggosok tangan Anda menghangatkannya, terus -menerus memalu kuku membuatnya panas. Bahkan tanpa memahami fisika di baliknya, kita belajar dari pengalaman: ketika suatu bahan dikerjakan, baik dengan mengaduk, menekan atau memalu, itu memanas. Hal yang sama berlaku untuk sistem kuantum mikroskopis: jika kita terus menggairahkan sistem banyak partikel, terutama yang dengan interaksi yang kuat antara partikel-partikel, kita berharap itu menyerap energi dan memanas. Tetapi apakah ini selalu terjadi, terutama di dunia kuantum? Tidak, kata percobaan yang baru-baru ini dilakukan oleh tim yang dipimpin oleh pemenang Hadiah Austria Wittgenstein Hanns-Christoph Nägerl di Institute of Experimental Physics di University of Innsbruck.
Ditangkap di ruang momentum
Para peneliti Innsbruck menciptakan cairan kuantum satu dimensi dari atom yang sangat berinteraksi yang didinginkan hingga beberapa nanokelvin di atas nol absolut. Mereka kemudian mengekspos atom ke potensi kisi yang cepat dan berkala – semacam lanskap minyak “menabrak” yang dihasilkan oleh cahaya laser secara berkala. Dalam kondisi seperti itu, orang akan mengharapkan atom untuk menyerap energi bersama dari waktu ke waktu, mirip dengan beberapa anak pada trampolin yang hanya digerakkan oleh satu anak. Namun, tim Innsbruck mengamati sesuatu yang berbeda. Setelah fase awal yang singkat, distribusi momentum atom tidak menyebar lebih jauh dan energi kinetik sistem mandek. Meskipun sistem terus didorong dan bertindak sangat bergantian, ia tidak lagi menyerap energi apa pun. Itu telah terlokalisasi dalam ruang momentum, sebuah fenomena luar biasa yang dikenal sebagai banyak lokalisasi dinamis (MBDL). “Dalam keadaan ini, koherensi kuantum dan keterjeratan banyak tubuh mencegah sistem memanas dan partikel-partikel dari menyebar, bahkan jika sistem terus didorong dari luar,” kata Hanns-Christoph Nägerl. “Distribusi momentum pada dasarnya membeku dan mempertahankan strukturnya.”
Stabilitas berakar pada mekanika kuantum
Yanliang Guo, penulis pertama penelitian ini, masih kagum: “Kami awalnya berharap atom -atom terbang dengan liar. Sebaliknya, mereka berperilaku dengan cara yang luar biasa.” Mitra Proyek Lei Ying, seorang ahli teori di Universitas Zhejing di Hangzhou, Cina, setuju: “Ini tidak sesuai dengan harapan naif kami. Sangat mengejutkan bahwa dalam sistem yang sangat digerakkan dan sangat berinteraksi, koherensi multi-partikel ini tampaknya dapat menghentikan penyerapan energi. Ying menambahkan bahwa mensimulasikan sistem yang tampaknya sederhana di komputer klasik adalah tantangan besar. “Itu sebabnya kita membutuhkan eksperimen. Mereka berjalan seiring dengan simulasi teoretis kita.”
Koherensi kuantum sangat penting
Untuk menguji kerapuhan fenomena ini, para peneliti secara acak mengubah pulsa laser yang menggerakkan sistem. Faktanya, bahkan gangguan yang relatif kecil sudah cukup untuk memecah efek lokalisasi dan menyebabkan sistem menyebar lagi: distribusi pulsa kabur, energi kinetik meningkat tajam dan sistem secara terus -menerus menyerap energi. “Tes ini menunjukkan bahwa koherensi kuantum mencegah pemanasan dalam sistem banyak tubuh yang terdorong,” kata Hanns-Christoph Nägerl.
Temuan baru bukan hanya kepentingan mendasar. Memahami bagaimana sistem kuantum keluar dari termalisasi adalah langkah penting menuju pengembangan teknologi kuantum yang lebih baik, seperti simulator kuantum dan komputer kuantum, yang pemanasan dan dekoherensi yang tidak terkendali adalah masalah utama. “Eksperimen ini memberikan metode yang tepat dan sangat merdu untuk mempelajari bagaimana sistem kuantum dapat menahan pengaruh kekacauan,” kata Guo. Hasilnya membuka wawasan baru tentang fisika materi kuantum yang bersemangat dan menantang asumsi yang sudah lama dipegang.
Hasil penelitian sekarang telah diterbitkan dalam jurnal Sains dan secara finansial didukung oleh Dana Sains Austria FWF, Badan Promosi Penelitian Austria FFG dan Uni Eropa, antara lain.
Publikasi: Pengamatan Lokalzasi Dinamis Manual. Ini Guo, saya seorang Zeka Chen, Zeka Chen, Heeg Chen, Sains 2025 ADN8625 [arXiv: 2312.13880 ]
