دانشمندان برای اولین‌بار در جهان حالت کوانتومی را در دمای اتاق ممکن کردند

محققان برای اولین‌بار یک شیء قابل مشاهده (کره شیشه‌ای نانومتری) را در دمای اتاق به حالت کوانتومی خالص رساندند. این دستاورد با منجمدکردن حرکت چرخشی یک ذره حاصل شد و می‌تواند برای ساخت نسل جدیدی از سنسورهای کوانتومی فوق‌دقیق و کاوش اسرار کیهان، بدون نیاز به تجهیزات سرمایشی عظیم و گران‌قیمت، سودمند باشد.

دنیای کوانتوم دنیای شگفتی‌هاست، اما مشاهده این شگفتی‌ها همیشه یک مسئله بزرگ داشته است؛ برای دیدن اثرات کوانتومی، باید یک ذره را از تمام اغتشاشات محیطی ایزوله کرد که این کار معمولاً با سردکردن آن تا دمای نزدیک به صفر مطلق (منفی ۲۷۳ درجه سانتی‌گراد) انجام می‌شود. اما اکنون، تیمی از دانشمندان دانشگاه ETH زوریخ و دانشگاه فنی وین این مانع بزرگ را از سر راه برداشته‌اند.

مشاهده حالت کوانتومی در دمای اتاق

به گزارش Phys، این تیم تحقیقاتی با استفاده از یک کره شیشه‌ای نانومتری (که با وجود کوچک‌بودن از صدها میلیون اتم تشکیل شده) و یک روش جالب، به این دستاورد بزرگ دست یافتند. آنها ابتدا با استفاده از یک پرتو لیزر متمرکز موسوم به انبرک نوری (Optical Tweezer) این نانوکره را در یک محفظه خلأ به‌صورت معلق نگه داشتند. سپس به‌جای تلاش برای سرد‌کردن کل ذره، فقط بر روی یک نوع از حرکت آن، یعنی حرکت چرخشی تمرکز کردند. درنهایت با استفاده از یک سیستم پیچیده از لیزرها و آینه‌ها، انرژی را فقط از حرکت چرخشی ذره استخراج کردند. این کار باعث شد تا نوسان چرخشی ذره به تدریج کُند شود و به پایین‌ترین سطح انرژی ممکن از نظر کوانتومی، یعنی «حالت پایه» برسد.

این اولین‌بار است که چنین پدیده‌ای در یک شی به این بزرگی و بدون نیاز به سرمایش شدید مشاهده می‌شود. این بدان معناست که ۹۲ درصد از حرکات باقی‌مانده ذره، ناشی از نوسانات کوانتومی بوده است و فقط ۸ درصد آن به تأثیرات کلاسیک مربوط می‌شد.

این دستاورد می‌تواند در زمینه‌های مختلف کاربرد داشته باشد که می‌توان به ساخت سنسورهای کوانتومی فوق‌دقیق و جستجوی ذرات فرضی مانند آکسیون‌ها اشاره کرد. همچنین در آینده دور می‌توان از این فناوری برای ساخت دستگاه‌های تصویربرداری پزشکی دقیق‌تر یا سیستم‌های ناوبری که به GPS وابسته نیستند، استفاده کرد.

یافته‌های این پژوهش در مجله نیچر منتشر شده است.