Pentru prima dată, fizicienii au surprins o imagine clară a atomilor individuali care se comportă ca un val.
Imaginea prezintă puncte roșii ascuțite ale atomilor fluorescenți care se transformă în bucăți neclare de pachete de unde și este o demonstrație uluitoare a ideii că atomii există atât ca particule, cât și ca unde – una dintre pietrele de temelie ale mecanica cuantică.
Oamenii de știință care au inventat tehnica imagistică și-au publicat descoperirile pe serverul de preprint arXivașa că cercetarea lor nu a fost încă evaluată de colegi.
„Natura ondulatorie a materiei rămâne unul dintre cele mai izbitoare aspecte ale mecanicii cuantice”, au scris cercetătorii în lucrare. Ei adaugă că noua lor tehnică ar putea fi folosită pentru a imagina sisteme mai complexe, oferind perspective asupra unor întrebări fundamentale din fizică.
Propus pentru prima dată de fizicianul francez Louis de Broglie în 1924 și extins de Erwin Schrödinger doi ani mai tarziudualitatea particulelor de undă afirmă că toate obiectele de dimensiune cuantică și, prin urmare, toată materia, există atât ca particule, cât și ca unde în același timp.
Faimoasa ecuație a lui Schrödinger este de obicei interpretată de fizicieni ca afirmând că atomii există ca pachete de probabilitate asemănătoare undelor în spațiu, care sunt apoi prăbușite în particule discrete la observație. Deși este uluitor de contraintuitiv, această proprietate bizară a lumii cuantice a fost văzută în numeroase experimente.
Pentru a imagina această dualitate neclară, fizicienii au răcit mai întâi atomii de litiu temperaturi aproape de zero absolut bombardându-i cu fotoni, sau particule de lumină, de la un laser pentru a le răpi impulsul. Odată ce atomii s-au răcit, mai multe lasere i-au prins într-o rețea optică sub formă de pachete discrete.
Cu atomii răciți și limitați, cercetătorii au oprit și pornit periodic rețeaua optică – extinzând atomii dintr-o stare limitată aproape de particule la una care seamănă cu o undă, apoi înapoi.
O cameră de microscop a înregistrat lumina emisă pe măsură ce atomii creșteau și s-au micșorat între fiecare stare, creând o imagine a punctelor de particule ascuțite în pete sub formă de valuri care au demonstrat perfect ecuația lui Schrödinger.
„Această metodă de imagistică constă în întoarcerea rețelei pentru a proiecta fiecare pachet de undă într-un singur puț pentru a le transforma din nou într-o particulă – nu mai este un val”, coautor al studiului. Tarik Yefsah, fizician la Centrul Național Francez pentru Cercetare Științifică și la École normale supérieure din Paris, a declarat pentru Live Science. „Puteți vedea metoda noastră de imagistică ca o modalitate de a eșantiona densitatea funcției de undă, nu spre deosebire de pixelii unei camere CCD”. O cameră CCD este un tip comun de cameră digitală care utilizează un dispozitiv cuplat la încărcare pentru a-și captura imaginile.
Oamenii de știință spun că această imagine este doar o simplă demonstrație. Următorul lor pas va fi să-l folosească pentru a studia sisteme de atomi care interacționează puternic, care sunt mai puțin înțeleși.
„Studiul unor astfel de sisteme ne-ar putea îmbunătăți înțelegerea stărilor ciudate ale materiei, cum ar fi cele găsite în miezul unei zone extrem de dense. stele neutronicesau plasma de quarc-gluoni despre care se crede că a existat la scurt timp după Big bang”, a spus Yefsah.