Группа учёных Массачусетского технологического института (MIT), возглавляемая профессором Мартином Цвирлейном, сообщила о значительном прорыве в области атомной микроскопии. Команда разработала новый метод визуализации отдельных атомов в облаках атомов, позволяющий наблюдать их взаимодействие в режиме реального времени.
Этот метод, названный «атомно-разрешающей микроскопией», позволяет получать изображения, демонстрирующие квантовые явления на уровне отдельных атомов.
Суть метода заключается в следующем: сначала облако атомов помещается в ловушку, образованную лазерным лучом, где атомы могут свободно взаимодействовать. Затем включается оптическая решётка, которая на короткое время «замораживает» атомы в их текущем положении.
После этого второй лазер освещает «замороженные» атомы, и их флуоресценция позволяет определить их индивидуальное положение. Главная сложность, по словам Цвирлейна, заключалась в том, чтобы собрать свет от атомов, не вызвав их испарение.
Самое высокое разрешение изображения атомов, созданное в 2021 году учёными Корнеллского университета и побившее рекорд, установленный в 2018 году. Источник: Cornell Используя эту методику, учёные смогли получить ряд уникальных изображений.
В частности, им удалось непосредственно наблюдать бозоны, группирующиеся в квантовом явлении, формируя волну, а также фермионы, образующие пары в свободном пространстве – ключевой механизм, лежащий в основе сверхпроводимости.
Эти наблюдения подтвердили теоретические предсказания о поведении бозонов и фермионов, в том числе, предсказание Луи де Бройля о волновой природе материи. В том же журнале были опубликованы работы других групп, использующих схожие методы визуализации, в том числе команды под руководством нобелевского лауреата Вольфганга Кеттерле (также MIT) и группы из Высшей нормальной школы в Париже под руководством Тарика Ефсаха.
Группа Кеттерле визуализировала усиленные парные корреляции среди бозонов, а парижская группа — облако невзаимодействующих фермионов.
Работа Цвирлейна и его коллег является значительным шагом вперёд в понимании квантовых явлений.
Разработанная методика позволяет не только наблюдать общую форму облака атомов, как это делалось ранее с помощью методов абсорбционной визуализации, но и видеть отдельные атомы и их взаимодействие, что открывает новые возможности для исследования сложных квантовых систем.
В будущем команда планирует применить свою методику для визуализации более экзотических и менее изученных явлений, таких как квантовая физика Холла, что позволит проверить существующие теоретические модели и получить новые экспериментальные данные.
Это открывает перспективы для более глубокого понимания квантовых явлений и разработки новых технологий, основанных на квантовых принципах.
Рубрика: Наука и Hi-Tech. Читать весь текст на www.ixbt.com.