अगर परमाणु तय नहीं कर सकते

पहली बार परमाणु और अणु के सुपरपोजिशन को शुद्ध रूप में देखा गया

परमाणुओं और अणुओं के रबी दोलन। चुंबकीय क्षेत्र को जल्दी से स्विच करके, परमाणुओं (पीले) को अणुओं (लाल) और इसके विपरीत में परिवर्तित किया जा सकता है। निश्चित समय पर, कण एक सुपरपोजिशन स्थिति (पीले और लाल) में होते हैं जिसमें वे एक साथ परमाणु और अणु होते हैं। © MPQ
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एक ही समय में काले और सफेद, ऊपर और नीचे निर्देशित - केवल नैनो-कॉसमॉस के क्वांटम कण दो गुणों को समेटने में सक्षम होते हैं जो शास्त्रीय भौतिकी के नियमों के अनुसार एक दूसरे को बाहर करते हैं। पहली बार शोधकर्ता शुद्ध रूप में परमाणु और अणु के एक सुपरपोजिशन का निरीक्षण करने में सक्षम हुए हैं।

फिजिकल रिव्यू लेटर्स नामक पत्रिका में, वैज्ञानिक उन प्रयोगों पर रिपोर्ट करते हैं जिनमें दो रुबिडियम परमाणुओं के जोड़े यह तय नहीं कर सकते हैं कि उन्हें एक-दूसरे से बंधना चाहिए या परमाणु स्थिति में रहना चाहिए। इसके बजाय, वे दोनों राज्यों के बीच दोलन करते हैं - इनमें से 29 तक तथाकथित रबी दोलन एक माप के भीतर पाए गए। बीच में, रूबिडियम जोड़े एक ऐसी स्थिति का अनुमान लगाते हैं जिसमें वे दोनों एक ही समय में अणु और परमाणु होते हैं।

क्वांटम कण जो इस तरह के अस्पष्ट स्थिति में हैं, भंडारण उपकरणों के लिए आदर्श उम्मीदवार हैं-क्वांटम बिट्स-इन क्वांटम कंप्यूटर। गार्चिंग में क्वांटम ऑप्टिक्स के लिए मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट के प्रोफेसर गेरहार्ड रेम्पे के नेतृत्व में शोधकर्ताओं के अनुसार, कंपन आवृत्ति की भविष्य की सटीक माप भी मूलभूत स्थिरांक में संभावित परिवर्तनों पर निष्कर्ष निकालने की अनुमति दे सकती है।

रुबिडियम परमाणुओं का एक बादल

प्रयोग में, रुबिडियम परमाणुओं का एक बादल पहले एक ऑप्टिकल जाल में फंस जाता है और निरपेक्ष शून्य से ऊपर कुछ डिग्री तक ठंडा हो जाता है। यहां, परमाणु एक तथाकथित बोस-आइंस्टीन घनीभूत करते हैं, एक ऐसी स्थिति जिसमें सभी - लगभग 60, 000 - कण समान हो जाते हैं और व्यावहारिक रूप से स्थानांतरित करने में असमर्थ होते हैं। एक "ऑप्टिकल जाली" की मदद से परमाणुओं को फिर एक नियमित संरचना में व्यवस्थित किया जाता है।

इस प्रयोजन के लिए, तीन अलग-अलग स्थानिक दिशाओं से स्थिर प्रकाश तरंगों पर स्विच करके, एक लेजर प्रकाश क्षेत्र उत्पन्न होता है जिसका आकार अंडे के डिब्बों के ढेर की याद दिलाता है। प्रकाश के इस छोटे क्रिस्टल जाली में गड्ढे ऊर्जावान रूप से अनुकूल अवस्थाओं से मेल खाते हैं जिसमें रुबिडियम परमाणु बसते हैं। परमाणुओं के बीच जाली का अंतराल प्रकाश की तरंग दैर्ध्य द्वारा निर्धारित किया जाता है। यह यहाँ कई सौ नैनोमीटर है और इस प्रकार यह ठोस अवस्था वाले क्रिस्टल से लगभग 1000 गुना बड़ा है। इसलिए, प्रकाश और परमाणुओं की यह संरचना ठोस-अवस्था भौतिकी की जटिल समस्याओं के लिए एक आदर्श प्रणाली है। गर्त की गहराई लेजर शक्ति पर निर्भर करती है और इसे यहां चुना जाता है ताकि परमाणु इसमें फंस जाएं। यह अत्यधिक आदेशित राज्य Mott इन्सुलेटर कहलाता है। प्रदर्शन

असतत क्वांटम स्टेट्स

प्रकाश के एक क्रिस्टल जाली में परमाणु और अणु। इस अत्यधिक क्रम वाले राज्य के मध्य में, शुरू में परमाणुओं (बाएं) के छोटे समूह होते हैं जो अणुओं (दाएं) में परिवर्तित हो जाते हैं। इस विन्यास की आवधिक पुनरावृत्ति होती है। एमपीक्यू

ऑप्टिकल जाली में परमाणुओं की कुल संख्या का उपयोग करते हुए, भौतिक विज्ञानी प्रति जाली स्थल पर परमाणुओं की संख्या को नियंत्रित कर सकते हैं ताकि क्रिस्टल के मध्य क्षेत्र में प्रति कुएं में दो परमाणु ठीक-ठीक हों। इस प्रकार, आणविक राज्य में जानबूझकर संक्रमण को उत्तेजित करने और फिर उन्हें सटीक रूप से मापने के लिए आवश्यक प्रायोगिक आवश्यक शर्तें बनाई गई हैं।

एक बात के लिए, परमाणु अपने पड़ोसियों से अलग-थलग हैं और केवल अपने संबंधित जाली स्थल पर साथी को देखते हैं। एक छोटे से क्षेत्र में सीमित करके, कण के पास अपने निपटान में केवल कुछ असतत क्वांटम राज्य होते हैं, जिसे वह अणु के रूप में अपना सकता है। दूसरी ओर, जिसके परिणामस्वरूप बहुत ही नाजुक अणु एक दूसरे से अलग हो जाते हैं और इसलिए आकस्मिक टक्करों से नहीं खोया जा सकता है।

अपने साथी के साथ परमाणुओं को बंधन के लिए प्रेरित करने के लिए, एक चुंबकीय क्षेत्र को अचानक चालू किया जाता है। परमाणुओं के चुंबकीय क्षणों के साथ चुंबकीय क्षेत्र की बातचीत के कारण, चुंबकीय क्षेत्र के लिए एक निश्चित मूल्य पर आणविक बंधन की संभावना परमाणु स्थिति के लिए उतनी ही महान हो जाती है। इस तथाकथित "फेशबैक अनुनाद" में, परमाणु इसलिए एकल होने और एक ठोस साझेदारी होने के बीच दोलन करना शुरू करते हैं। तदनुसार, ऑप्टिकल जाली में परमाणुओं या अणुओं की मात्रा एक कंपन चक्र के दौरान उतार-चढ़ाव होती है।

परमाणु और अणु दोनों

विभिन्न चुम्बकीय क्षेत्र के लिए परमाणुओं की संख्या को निर्धारित करके, रबी दोलनों को 29 चक्रों में फिर से संगठित किया जा सकता है। "इस परिणाम के बारे में सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि रूबिडियम जोड़े कंपन के एक चक्र के दौरान परमाणु और अणु दोनों होने की स्थिति से गुजरते हैं, " नील्स साइसेन कहते हैं, जो क्षेत्र में अपने सहयोगियों के साथ माप साझा करता है उनकी डॉक्टरेट थीसिस की रूपरेखा। "इस तरह के एक सुसंगत सुपरिम्पोजिशन राज्य को अभी तक इस शुद्ध रूप में नहीं देखा गया है, " रीम्प पर जोर दिया गया। "यह हमें क्वांटम रजिस्टरों को महसूस करने के नए तरीके देता है जिसमें विभिन्न जानकारी एक क्वांटम बिट पर संग्रहीत की जा सकती है।"

एक अन्य प्रयोग में, वैज्ञानिक शुरू में ऑप्टिकल जाली में डायटोमिक अणु बनाने के लिए रबी दोलनों का उपयोग करते हैं। फिर वे चुंबकीय क्षेत्र को उन मूल्यों के लिए चलाते हैं जहां परमाणु बाध्य होने के बजाय एकल होंगे। फिर भी, साझेदारी हमेशा विचलन नहीं करती है। अणुओं के लिए केवल निश्चित, असतत चुंबकीय क्षेत्र मानों का क्षय हो सकता है। मध्यवर्ती क्षेत्रों में, ऐसे राज्य नहीं हैं जो क्वांटम यांत्रिकी के नियमों के अनुसार अंतिम उत्पादों, परमाणुओं पर कब्जा कर सकते हैं। इस तरह के माप से पता चलता है कि ऑप्टिकल लैटिट्यूज़ का उपयोग दर्जी संरचनाओं के लिए किया जा सकता है जो अस्थिर अणुओं को संभालने की अनुमति देता है जैसे कि वे स्थिर थे।

शोधकर्ताओं ने ऐसे परमाणु-अणु दोलनों को और भी अधिक सटीक रूप से निर्धारित करने की योजना बनाई है और इस प्रकार परमाणु गुणों के बारे में बयान प्राप्त करने के लिए, जो बदले में प्राकृतिक स्थिरांक में संभवतः बहुत छोटे परिवर्तनों पर निष्कर्ष निकालने की अनुमति देते हैं।

(आईडीडब्ल्यू - क्वांटम ऑप्टिक्स के लिए मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट, 20.07.2007 - डीएलओ)