Pohyby atomů v magnetickém poli jsou důležité pro pokroky v oblasti kvantových technologií; nový výzkum z MIT se nyní zaměřil na to, jak se chovají o teplotách blízkých absolutní nule.
Chování nejmenších částic ovlivněných magnetickým polem a nízkými teplotami jsou pro vědce stále z velké části záhadou. Nerozumíme jim dokonale a nedokážeme jejich chování zcela vysvětlit, byť v zákonech fyziky se někde odpovědi skrývat budou.
Nový výzkum MIT se právě na toto podivné chování atomů zaměřil. Tým vědců sledoval, jak kvantové částice reagují v magnetickém poli, a to jednotlivě i ve shlucích. Výsledky byly velmi různorodé.
Obrázek ukazuje, jak se jednotlivé atomy v sekvenci chovají a jak na jejich spin působí magnetické pole.
Kvantový spin
Vědci měřili kvantový spin – vlastnost elementárních částic, které klasická fyzika v podstatě nezná. Jinak řečeno, jde o vnitřní moment hybnosti částice, jejíž velikost u jednotlivých částic není přesně daná.
Vlivem spinu atomy reagují na magnetická pole různými, často zvláštními způsoby. Spin atomů při přiložení k magnetickému materiálu může dosáhnout stavu, kdy se atomy „točí“ nastejno, nebo naopak dynamicky vytváří různé vzorce připomínající vlny na moři.
Výzkumný tým MIT se zaměřil na pozorování přechodu atomů z onoho dynamického stavu do stavu, kdy je jejich spin sjednocený. Výzkum vědcům přinesl cenné poznatky o tomto specifickém kvantovém jevu.
Obrázek ukazuje působení magnetických sil mezi spiny atomů
Studené atomy
Působení magnetického pole vystavili vědci atomy lithia, které zamrazily na teplotu blízkou absolutní nule, kdy je lze lépe pozorovat. Pomocí laseru následně vědci atomy „sesbírali“ a seřadili je do specifických vzorců; těch bylo dohromady 1 000, každý o 40 atomech.
Na tuto strukturu následně aplikovali různě silná magnetická pole a testovali, jak budou atomy na vjem reagovat. Existující pozorování odpovídají jednomu ze současných matematických modelů, takzvanému Heisenbergově modelu. Ten se v kvantovém světě používá pro analýzu chování magnetických polí.
Celkově výzkum – pro laiky poněkud nesrozumitelný – může pomoci jak v elementárním zkoumání chování magnetů, tak v rozvoji kvantových technologií, jimž stále rozumíme jen velmi málo.
Kvantový svět je fascinující a tajemný. Odhalovat jeho neznáma lze připodobnit k potápění na dno oceánu nebo průzkum vesmíru; jde o dlouhou cestu, která může lidstvo obohatit tak jako máloco jiného.
Zdroj: MIT
