Aharonov-Bohm i tunelowanie kwantowe

[KopalniaWiedzy.pl 314]

Yutaka Shikano z Chapman University i Uniwersytetu w Osace opublikował w Nature Communications artykuł pod tytułem „Efekt Aharonova-Bohma z tunelowaniem kwantowym w liniowej pułapce jonowej”. Opisuje w nim przełomowe prace, które mogą znacząco przyczynić się do rozwoju fizyki kwantowej.

Efekt Aharonova-Bohma to zjawisko polegające na tym, że pole magnetyczne uwięzione w ściśle ograniczonym obszarze wywiera mierzalny wpływ na naładowaną cząstkę, która nigdy wewnątrz tego pola na była. Zjawisko to potwierdzono podczas wielu eksperymentów.

Z kolei wspomniane w tytule artykułu tunelowanie to kolejne niezwykłe zjawisko kwantowe. Dzięki niemu cząstka może pokonać barierę, która jest dla niej nieprzenikalna na gruncie zasad fizyki klasycznej. Tunelowanie jest wykorzystywane w praktyce, m.in. w różnych typach mikroskopów czy w elektronice. Zjawisko to obserwowano dotychczas w dużej skali. Nie udawało się natomiast zbadać tunelowania się pojedynczej cząstki. Dokonał tego właśnie Yutaka Shikano.

Podczas eksperymentów wykorzystał on pułapkę jonową, w której umieścił trzy atomy wapnia ułożone w formę trójkąta. Atomy zostały schłodzone za pomocą lasera, dzięki któremu uczeni mogli manipulować ich stanem podstawowym.

Grupa Shikano zaobserwowała tunelowanie atomów tak, że utworzony z nich trójkąt zmieniał swoją pozycję w kierunku góra-dół. Gdy naukowcy zmieniali natężenie pola magnetycznego pułapki prawdopodobieństwo oscylacji trójkąta było zgodne z przewidywaniami wynikającymi z efektu Aharonova-Bohma.

Fizyka teoretyczna przyniosła społeczeństwu największe korzyści osiągnięte najmniejszym kosztem. Odkrycia dokonywane podczas podstawowych badań fizycznych często prowadzą do powstania nowych gałęzi przemysłu, od elektryczności, po smartfony i satelity. Fizyka kwantowa umożliwiła postęp, dzięki któremu rozwija się nasze społeczeństwo, od postępu w elektronice po przemysł energetyki atomowej. Wpływa też ona na wiele innych dziedzin nauki, jak genetyka, medycyna czy matematyka. […] Jestem pewien, że odkrycie dokonane przez profesora Shikano i jego współpracowników znajdzie zastosowanie na wielu nowych obszarach, umożliwi ono na przykład lepsze kontrolowanie tunelujących się cząstek - stwierdził profesor Jeff Tollaksen z Institute of Quantum Studies na Chapman University.

« powrót do artykułu