Magnety a mrazivě studené teploty: Atomy vystavené působení magnetického pole se chovají zvláštně

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: Magnety a mrazivě studené teploty: Atomy vystavené působení magnetického pole se chovají zvláštně

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: Magnety a mrazivě studené teploty: Atomy vystavené působení magnetického pole se chovají zvláštně

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

Obrázek: Američtí piloti budou vyzbrojeni tryskovými drony s vlastními střelami
Američtí piloti budou vyzbrojeni tryskovými drony s vlastními střelami
Obrázek: USB-C v Apple iPhone 15: Vše, co potřebujete vědět o „novém“ konektoru
USB-C v Apple iPhone 15: Vše, co potřebujete vědět o „novém“ konektoru
Obrázek: O záběry zlodějů a nehod nepřijdete: Vybíráme úložiště pro Tesla Sentry Mode
O záběry zlodějů a nehod nepřijdete: Vybíráme úložiště pro Tesla Sentry Mode
Obrázek: Jako chřipka: ChatGPT se stává díky studentům sezónním jevem
Jako chřipka: ChatGPT se stává díky studentům sezónním jevem
Obrázek: O záběry zlodějů a nehod nepřijdete: Vybíráme úložiště pro Tesla Sentry Mode
O záběry zlodějů a nehod nepřijdete: Vybíráme úložiště pro Tesla Sentry Mode
Obrázek: Hledání práce na internetu: Jak najít dobrou práci
Hledání práce na internetu: Jak najít dobrou práci
Obrázek: Jak správně vybrat powerbanku: Co vám v obchodě neřeknou?
Jak správně vybrat powerbanku: Co vám v obchodě neřeknou?
Obrázek: PlayStation 5 čeká obří aktualizace. Přidá Dolby Atmos a možnost používat dva ovladače jako jeden
PlayStation 5 čeká obří aktualizace. Přidá Dolby Atmos a možnost používat dva ovladače jako jeden