A világ legnyugodtabb helyét nem a térképen kell keresnünk
2020 / 02 / 11 / Perei Dóra
A világ legnyugodtabb helyét nem a térképen kell keresnünk
Markus Aspelmeyer a Bécsi Egyetem fizikusa és csapata, egy, a bécsi laboratóriumuk asztalán elhelyezett fémdobozba tervezték a világ alighanem legcsendesebb helyét. Bár a szóban forgó területre már csak azért sem tudnánk jegyet váltani, mert mérete alig nagyobb egy mikroszkopikus nagyságú foltnál a doboz közepén.

Egészen konkrétan egy apró (a homokszemnél ezerszer kisebb) vákuumban elhelyezett üveggyöngyről van szó, amit Aspelmeyer és csapata lézer segítségével tesz szó szerint mozdulatlanná, vagy legalábbis amennyire a fizika törvényei engedik.

"A fizikusok ezt hívják alapállapotnak, vagyis általános értelemben egy adott rendszer legkisebb energiájú állapotának." - mondja Aspelmeyer, majd hozzátette: módszerükkel órákig képesek fenntartatni ezt az állapotot.

Ez a fajta csend pedig különbözik attól, amit emberként valaha tapasztalhatunk, például egy hangszigetelt stúdióban, egy eldugott hegyvidéki tónál, vagy akár otthon, az íróasztalunknál ülve. Az íróasztalos példánál maradva a fizikus megjegyezte, az csak látszólag zavartalan, hiszen ha eléggé felnagyíthatnánk, többek között láthatnánk a felületén keringő oxigén molekulákat. A kutatók üveggyöngye azonban tényleg mozdulatlan, ám Aspelmeyer szerint ez nem ok arra, hogy minden alapvető kvantumfizikai ismeretünket sutba vágjuk, hiszen mindez pusztán a delokalizáció műve.

De mi is az a delokalizáció?

Az elektronok úgynevezett atompályákon találhatóak egy atomban. (Az említett atompályák diszkrét térrészek, ahol kilencven százalékos bizonyossággal találunk elektronokat.) Ha egy vagy több atom molekulává kapcsolódik, akkor a köztük található kovalens kötések elektronok megosztása révén jönnek létre. Ekkor molekulapályák alakulnak, ahol pedig -szintén kilencven százalékos valószínűséggel- kötő elektronok vannak. Előfordul viszont, hogy az elektronok nem csak két, hanem több atommal kapcsolódnak. Ekkor delokalizált elektronoknak hívjuk őket, mert nem egy jól meghatározott térrészben találhatóak meg, hanem egyszerre tartoznak több atomhoz. Ez történik például az aromás vegyületeknél, ahol a delokalizált elektronok a gyűrűt alkotó összes szénatomhoz tartoznak.

Vissza a kísérlethez

"Technikailag a gyöngy mozgásképtelenségének határát súrolja, saját átmérőjének körülbelül ezred részén mégis mozog. A tudomány erre találta ki a vákuumenergia fogalmát, ami valahogy mindenütt jelen van, látszólag végtelen mennyiségben." - vélekedik a szakember.


A lebegő gyöngy segíthet a fizikusoknak az univerzum legfinomabb erőinek megismerésében.

Van egy másik fontos aspektuma is a kísérletnek: Aspelmeyer-ék mostanáig csupán egyetlen dimenzióban tudták alapállapotba kényszeríteni a gyöngyöt, és még ez a folyamat is tíz évükbe telt. Az egyik legnagyobb kihívást pedig a lebegő állapot fenntartása jelentette. - mondja Uroš Delić, szintén a Bécsi Egyetem fizikusa. Delić a kezdetek óta a csapattal dolgozott, akkor még egyetemi hallgatóként, majd doktoranduszként, jelenleg pedig posztdoktori kutatóként. Figyelemreméltó tanulmányukat a Science szaklap is publikálta, melyben a kutatók részletesen leírják, miként lassítják le a gyöngyöt infravörös fotonok bemerítésével.

"Ellentmondásosnak tűnik egy tárgyat ellenállással lelassítani, ezért egyszerűbb, ha az egészet úgy képzeljük, mint ahogy hintázás közben a lábunkkal megállítjuk a hintát." - mondja Lukas Novotny, az ETH Zurich munkatársa, aki nem vett részt a kísérletben.

"Mintegy akadályként kitámasztod a lábaddal a földet, mígnem előbb lelassulsz, majd fokozatosan megállsz. Hasonló történik az üveggyönggyel: lelassítása érdekében úgy irányítjuk az infravörös fotonokat, hogy azok becsapódjanak, amikor a gyöngy feléjük mozdul. Aspelmeyer pedig megjegyezte, hogy más kutatók korábban már elérték az alapállapotot egykötésű atomoknál és atomfelhőknél, azonban ők az elsők, akiknek ez lebegő tárgy esetében is sikerült.

"Ezek a gyöngyök rendkívül pontos szenzorokként használhatók" - mondja Andy Geraci, a Northwestern Egyetem munkatársa.

Példának okáért kollégáival ő maga is régóta dolgozik egy kísérleten, melynek során hasonló lebegő gyöngy mozgását figyeli, miközben olyan, alig érzékelhető erőket kutat, melyeket a fizika törvényeinek egyesítését megkísérlő elméletek előre jeleznek. Mostanáig senki sem talált bizonyítékot ezen erők létezésére, de elképzelhető, hogy azért, mert azok még mindig túl gyengék ahhoz, hogy a jelenleg használt eszközök érzékelhessék. Geraci hozzátette:

"A mozgásos alapállapotban lévő nanorészecskék érzékenyek lehetnek még kisebb erőkre is."

A fizikusok mindemellett finom gravitációs kísérleteket is végeztek a gyöngyön: mind Aspelmeyer, mind Novotny párhuzamos projekteket folytattak és folytatnak az elmúlt évtizedben, kísérletük vége felé pedig megkísérlik majd leejteni a gyöngyöt, hogy lássák, mi történik. Elvileg amikor lekapcsolják a gyöngyöt a lézerről, és ezáltal abbamarad a lebegés, reményeik szerint bekövetkezik a kvantum-szuperpozíció, a kvantummechanikai rendszerek azon állapota, mikor egyidejűleg két vagy akár több helyzetben is létezhetnek egyszerre. A kísérletek eredményei nem mellékesen hasznos ötleteket adhatnak a kvantummechanika elméletének a gravitációs elmélettel való összeegyeztethetőségére. Ám hogy mindez megtörténjen, még hosszú évek munkája vár rájuk; az egyik fő nehézség, hogy egy kvantumobjektum mérése lényegében megváltoztatja magát az objektumot. A kísérletvezetők szerint ez mondhatni a huszonkettes csapdája, hiszen miközben információkat gyűjtenek a gyöngyről, renget adat megsemmisül. Magyarán mindenekelőtt ki kell dolgozniuk egy technikát, ami veszteségek nélkül is lehetővé teszi a megfigyelést.

(Fotó: Pixabay, University of Vienna)


Kövesd a Rakétát a Facebookon is!
Kövess, üzenj, kommentelj a Rakéta Facebook oldalán!
Igényes és férfias történeteket keresel? A Roadstert neked írjuk!
Olvass bele az egyik legszínvonalasabb hazai magazinba, szeretni fogod! A Roadster egy fantasztikus utazás az élet legjobb területein...
Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!

Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.