Bayangkan melihat rama-rama yang cepat tetapi rapuh. Walaupun bergelombang, agak sukar untuk mempelajarinya secara terperinci, jadi anda perlu mengambilnya. Tetapi begitu di telapak tangan anda, sayapnya hancur dan hilang warna. Cuma rama-rama itu terlalu rentan, dan apa sahaja kesan yang anda ada akan mengubah penampilannya.
Sekarang bayangkan rama-rama yang mengubah penampilannya dari satu pandangan. Ini adalah bagaimana elektron tunggal bertindak dalam pepejal. Sebaik sahaja para saintis "melihat" elektron, keadaannya sudah berbeza dengan yang asli. Fakta ini merumitkan kajian fizik keadaan pepejal - bidang sains yang menerangkan sifat pepejal (semua bahan dengan kisi kristal) dari segi struktur atomnya. Penciptaan komputer, telefon dan banyak peranti lain, tanpanya kita tidak dapat membayangkan kehidupan, adalah kelebihan dari cabang sains ini.
Sekiranya elektron tidak dapat "dilihat", ia mesti diganti dengan sesuatu yang lebih besar, para saintis memutuskan. Calon untuk tempat elektron mesti mengekalkan sifatnya sedemikian rupa sehingga persamaan yang menggambarkan proses dalam pepejal tidak berubah. Atom pada suhu yang sangat rendah telah memainkan peranan ini. Dalam dunia fizikal, suhu serupa dengan tenaga: semakin rendah, objek tidak bergerak. Pada suhu bilik, atom oksigen di udara bergerak dengan kecepatan beberapa ratus meter per saat, tetapi semakin rendah suhunya, semakin perlahan kelajuannya. Suhu minimum di dunia kita dianggap sebagai sifar Kelvin darjah, atau minus 273.15 ° C.
Perbandingan tingkah laku atom dalam pepejal pada suhu bilik dan atom pada suhu ultralow / Ilustrasi oleh RIA Novosti. A. Polyanina
Atom ultracold disejukkan ke mikrokelvin dan bahkan lebih sedikit, di mana kelajuan pergerakannya hanya beberapa sentimeter sesaat.
Dari atom tersebut dan kisi optik, saintis telah mencipta kristal buatan yang serupa strukturnya dengan pepejal semula jadi. Kisi yang sangat optik, yang mengambil peranan kisi atom pepejal, dibuat menggunakan laser yang sinarnya bersilang pada sudut yang ditentukan. Dengan mengawal kedudukan laser dan kekuatannya, seseorang dapat terus mengubah geometri kisi, dan dengan memaksakan medan tambahan, beralih interaksi antara "elektron" dari tolak ke menarik.
Ini adalah bagaimana artis membayangkan kisi kristal buatan / Ilustrasi oleh RIA Novosti. A. Polyanina
Tetapi untuk melakukan eksperimen, adalah perlu untuk mengawal pergerakan elektron. Mereka rentan terhadap medan elektrik dan magnet kerana mempunyai cas. Atom-atom yang menggantikan elektron dalam kristal tiruan adalah neutral, jadi perlu muncul pengganti daya yang mengendalikannya. Medan elektrik berjaya digantikan oleh graviti, yang bertanggungjawab untuk pergerakan elektron segiempat tepat. Walau bagaimanapun, elektron dalam medan magnet berpusing, lintasannya dapat digambarkan sebagai lingkaran. Oleh itu, para penyelidik telah mencipta medan magnet sintetik yang mempunyai kesan yang sama terhadap atom bergerak sebagai medan magnet sebenar, yang merupakan syarat utama untuk mengkaji undang-undang asas.
Video promosi:
Diagram pergerakan elektron dalam medan elektromagnetik / Fotolia / Peter Hermes Furian
Oleh itu, ahli fizik dapat mengkaji sifat pepejal (logam, semikonduktor, dielektrik), bereksperimen dengannya dan mengubahnya sesuka hati. Ternyata para saintis telah membuat "konstruktor" tertentu - sistem yang mensimulasikan sifat dunia elektron kuantum, tetapi, tidak seperti itu, mudah diakses untuk penyelidikan.
Sistem lain dapat dipasang dari "konstruktor kuantum", termasuk sistem yang tidak ada di alam semula jadi. Sebagai contoh, semua zarah unsur dibahagikan kepada boson dan fermion. Boson mempunyai nombor putaran integer, dan fermion mempunyai bilangan bulat setengah. Dengan menggunakan isotop atom, adalah mungkin untuk menukar elektron dalam pepejal buatan yang dibincangkan di atas dari fermion menjadi bonson.
"Sebagai tambahan kepada masalah fizik keadaan pepejal, pembangun kuantum berdasarkan atom sejuk dapat digunakan untuk menyelesaikan masalah dari kawasan lain, misalnya, fizik zarah dasar," jelas ketua penyelidik makmal teori proses tidak linier di Institut Fizik SB RAS dan profesor Jabatan Fizik Teoretis di Universiti Persekutuan Siberia, Doktor Fizik dan Matematik Andrey Kolovsky. - Interaksi antara zarah unsur dilakukan melalui medan tolok yang disebut. Medan elektromagnetik yang biasa kita ketahui dari sekolah, yang bertanggungjawab untuk interaksi antara cas, adalah kes khas bidang pengukur. Pada prinsipnya, medan selain medan elektromagnetik dapat dimodelkan, dan kajian seperti itu sudah dilakukan. Bidang lain adalah astrofizik, di mana para saintis, menggunakan atom sejuk,mensimulasikan termodinamik lubang hitam”.
Pembina seperti itu juga dapat digunakan untuk memasang komputer kuantum, dengan mana lebih mudah untuk mempelajari teleportasi partikel kuantum.
Dan juga melihat ke masa depan yang jauh, 20-40 miliar tahun ke depan, kerana Alam Semesta terus berkembang dan, menurut hukum termodinamika, suhunya secara beransur-ansur turun. Lama kelamaan, ia akan menjadi nanokelvin, dan terima kasih kepada simulator kuantum, kita dapat melihat keadaannya sekarang.
