NER

Majdnem 60 évvel ezelőtt, a Nobel-díjas fizikus, Nicolaas Bloembergen egy izgalmas új jelenséget jósolt meg, nukleáris elektromos rezonancia (NER) néven, ám azt eddig senki sem volt képes demonstrálni működés közben. A nukleáris elektromos rezonancia tényleges bizonyítékait végül véletlenül, az ausztráliai Új-dél-walesi egyetem (UNSW) laboratóriumában fedezték fel, egy  meghibásodott eszköznek köszönhetően. 

Az áttörés új szintű ellenőrzést biztosít az atommagok felett a tudósok számára, és komolyan felgyorsíthatja a kvantumszámítógépek fejlesztését.

A jelenség központi eleme, a mágneses mezők helyett elektromos mezők használatának ötlete, az egyes atomok spinjének szabályozásához. Ez az atommagok pontosabb és precízebb kezelését jelentheti, amelynek különféle területeken lehet nagy hatása.

Nagyságrendek a pontosságban

"A felfedezés azt jelenti, hogy megnyílt az út, az egy atomos spinnel működő kvantumszámítógépek felépítéséhez anélkül, hogy működésükhöz bármilyen rezgő mágneses mezőre lenne szükségünk" - mondta Andrea Morello, az UNSW kvantumfizikusa. 

"Ezen túlmenően ezeket a magokat kivételesen pontos elektromos- és mágneses-mező érzékelőkként használhatjuk, és a kvantumtudomány alapvető kérdéseire is válaszolhatunk a segítségükkel."

Szobányi fMRI egy chipben

“Egyes helyzetekben a nukleáris elektromos rezonancia helyettesítheti a nukleáris mágneses rezonanciát, amelyet manapság széles körben használnak különféle célokra: emberi test, kémiai elemek, sziklaképződés és egyebek letapogatására. A mágneses opció problémája az, hogy erősáramot, nagy tekercseket és jelentős helyet igényel - gondoljunk például egy kórház fMRI szkennerének méretére, és ráadásul, hogy bizonyos értelemben kissé tompa eszköz is“ - vélekedett Morello.

“Ha ellenőrizni szeretnénk az egyes atommagokat, - kvantumszámításhoz vagy nagyon kicsi érzékelőkhöz, - akkor a mágneses rezonancia nem épp megfelelő eszköz a feladathoz" - mondta Morello, aki így magyarázta az általuk elért eredményt:

"A mágneses rezonancia alkalmazása olyan, mintha úgy próbálnánk mozgatni egy bizonyos golyót a biliárdasztalon, hogy az egész asztalt felemeljük és rázzuk. Valóban mozgásba hozhatjuk a kiszemelt labdát, de az összes többivel is ezt tesszük. Az elektromos rezonancia jelentette áttörés olyan, mintha kapnánk a feladathoz egy valódi biliárd dákót, hogy pontosan elérjük a labdát ott, ahol csak akarjuk."

A különös véletlenek angyala

Egy nukleáris mágneses rezonancia kísérlet során történt, hogy az UNSW kutatói megoldották a Bloembergen által 1961-ben feladott rejtvényt, és mindehhez egy törött antenna vezetett. A váratlan eredmények feletti tűnődés után a kutatók rájöttek, hogy a hibás felszerelés demonstrálta a nukleáris elektromos rezonanciát.

Az ez után következő számítógépes modellezéssel, a csapat ki tudta mutatni, hogy az elektromos mezők alapvető szinten befolyásolhatják az atommagot, eltorzíthatják az atomot körülvevő atomos kötéseket, és arra kényszeríthetik, hogy újból orientálódjon. 

Most, hogy a tudósok már tudják, hogyan működhet a nukleáris elektromos rezonancia, új módszereket fedezhetnek fel annak alkalmazására. Mi több, a jelenség és felfedezése bekerülhet a véletlenül tett jelentős tudományos felfedezések egyre vastagabb könyvébe. 

"Ez a mérföldkőnek számító eredmény kinyitja a felfedezések és alkalmazások kincsesládáját" - mondta Morello.

"Az általunk létrehozott rendszer elég összetett ahhoz, hogy megvizsgálhassuk, miképp alakul ki a klasszikus világ, - amelyet minden nap megtapasztalunk - a kvantumos világ birodalmából.

"Ráadásul felhasználhatjuk a rendszer kvantum összetettségét, hogy olyan elektromágneses tér-érzékelőt építsünk, amely rendkívül megnövekedett érzékenységgel bír. És mindez egy egyszerű, szilíciumból készülő elektronikai eszközben, melyet alacsony feszültségekkel működő fém elektródra vezérel" - vázolta a perspektívát Morello.

A kutatásról szóló beszámolót a Nature folyóiratban tették közzé.

(Forrás: ScienceAlert Képek: UNSW, Pikrepo)