ด้วยการใช้อะตอมที่มีความเย็นมากนักฟิสิกส์ได้สังเกตปรากฏการณ์แปลก ๆ ที่เรียกว่าสนามแม่เหล็กควอนตัมซึ่งอธิบายถึงพฤติกรรมของอะตอมเดี่ยวเมื่อพวกเขาทำหน้าที่เหมือนแม่เหล็กแท่งเล็ก ๆ
สนามแม่เหล็กควอนตัมนั้นแตกต่างจากแม่เหล็กคลาสสิกชนิดที่คุณเห็นเมื่อคุณติดแม่เหล็กไปยังตู้เย็นเพราะอะตอมแต่ละตัวมีคุณภาพที่เรียกว่าสปินซึ่งเป็นปริมาณหรือในสถานะที่ไม่ต่อเนื่อง (มักจะเรียกขึ้นหรือลง) แม้ว่าการเห็นพฤติกรรมของอะตอมของแต่ละบุคคลนั้นยากที่จะทำเพราะมันต้องใช้อะตอมระบายความร้อนให้กับอุณหภูมิที่เย็นมากและหาวิธีที่จะ "ดัก" พวกเขา
การค้นพบใหม่โดยละเอียดในวารสารวิทยาศาสตร์ฉบับวันที่ 24 พฤษภาคมยังเปิดประตูเพื่อทำความเข้าใจปรากฏการณ์ทางกายภาพเช่นตัวนำยิ่งยวดซึ่งดูเหมือนว่าจะเชื่อมต่อกับคุณสมบัติควอนตัมรวมของวัสดุบางอย่าง -Twisted Physics: 7 การค้นพบที่น่าเหลือเชื่อ-
วิทยาศาสตร์หมุน
ทีมวิจัยที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธรัฐสวิส (ETH) ในซูริคมุ่งเน้นไปที่การหมุนของอะตอมเพราะนั่นคือสิ่งที่ทำให้แม่เหล็กแม่เหล็ก - สปินทั้งหมดของอะตอมในแท่งแม่เหล็กถูกชี้ไปในลักษณะเดียวกัน
เพื่อให้ได้มุมมองที่ชัดเจนเกี่ยวกับพฤติกรรมการหมุนของอะตอมนักวิจัยต้องทำอะตอมโพแทสเซียมเย็นใกล้ศูนย์สัมบูรณ์- ด้วยวิธีนี้ความร้อนแบบสุ่ม "เสียง" - โดยทั่วไปการแผ่รังสีพื้นหลังและความร้อน - ไม่ได้ทำลายมุมมองโดยการกระแทกอะตอมโพแทสเซียมรอบ ๆ
จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็สร้าง "ตาข่ายออปติคัล" - ชุดเลเซอร์คาน คานรบกวนกันและกันและสร้างภูมิภาคที่มีพลังงานสูงและมีศักยภาพต่ำ อะตอมที่เป็นกลางที่ไม่มีค่าใช้จ่ายจะมีแนวโน้มที่จะนั่งใน "หลุม" ของขัดแตะซึ่งเป็นภูมิภาคของพลังงานต่ำ
เมื่อสร้างตาข่ายบางครั้งอะตอมจะสุ่ม "อุโมงค์" ผ่านด้านข้างของบ่อน้ำเพราะธรรมชาติควอนตัมของอนุภาคช่วยให้พวกเขาอยู่ในหลาย ๆ ที่ในเวลาเดียวกันหรือมีปริมาณพลังงานที่แตกต่างกัน -ควอนตัมฟิสิกส์: อนุภาคเล็ก ๆ ที่เจ๋งที่สุดในธรรมชาติ-
อีกปัจจัยหนึ่งที่กำหนดว่าอะตอมอยู่ที่ใดในตาข่ายแสงคือการหมุนขึ้นหรือลง สองอะตอมไม่สามารถอยู่ได้ดีหากสปินของพวกเขาเหมือนกัน นั่นหมายความว่าอะตอมจะมีแนวโน้มที่จะอุโมงค์เข้าสู่บ่อน้ำกับผู้อื่นที่มีสปินตรงข้าม หลังจากนั้นไม่นานอะตอมควรจัดระเบียบตัวเองตามธรรมชาติโดยมีสปินในรูปแบบที่ไม่สุ่ม พฤติกรรมแบบนี้แตกต่างจากวัสดุในโลกมหึมาซึ่งมีการวางแนวที่สามารถมีค่าระหว่างค่าที่หลากหลาย พฤติกรรมนี้ยังเป็นสาเหตุที่สิ่งต่าง ๆ ส่วนใหญ่ไม่ใช่แม่เหล็ก - สปินของอิเล็กตรอนในอะตอมนั้นแบบสุ่มและยกเลิกซึ่งกันและกัน
และนั่นคือสิ่งที่นักวิจัยพบ ที่สปินของอะตอมจัดระเบียบอย่างน้อยในระดับการทดลองที่ตรวจสอบ
"คำถามคือคุณสมบัติแม่เหล็กของโซ่หนึ่งมิติเหล่านี้คืออะไร" Tilman Esslinger ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่ ETH ซึ่งห้องปฏิบัติการได้ทำการทดลอง "ฉันมีวัสดุที่มีคุณสมบัติเหล่านี้หรือไม่คุณสมบัติเหล่านี้จะมีประโยชน์ได้อย่างไร"
แม่เหล็กควอนตัม
การทดลองนี้เปิดโอกาสให้เพิ่มจำนวนอะตอมในตาข่ายและแม้กระทั่งการสร้างการจัดเตรียมแบบสองมิติของอะตอมและอาจเป็นรูปสามเหลี่ยม
การถกเถียงกันอย่างหนึ่งในหมู่ผู้เชี่ยวชาญคือว่าการสั่งซื้อของอะตอมที่เกิดขึ้นเองจะเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันหรือไม่ รูปแบบการสุ่มจะหมายความว่าในบล็อกของอะตอมเหล็กเช่นหนึ่งมีแนวโน้มที่จะเห็นอะตอมหมุนขึ้นหรือลงในทิศทางใด ๆ สถานะการหมุนอยู่ในสิ่งที่เรียกว่า "ของเหลวหมุน" - mishmash ของรัฐ แต่อาจเป็นไปได้ว่าอะตอมจะจัดเรียงตัวเองในระดับที่ใหญ่ขึ้น
“ พวกเขาได้วางรากฐานในเรื่องทฤษฎีต่าง ๆ ” จงฮันศาสตราจารย์ด้านทฤษฎีฟิสิกส์สสารควบแน่นที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐนิวยอร์กที่บัฟฟาโลซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัย “ พวกเขาไม่ได้สร้างคำสั่งระยะยาว แต่พวกเขาต้องการที่จะพิสูจน์ว่าพวกเขาได้สังเกตคำสั่งแม่เหล็กในท้องถิ่น”
ไม่ว่าจะเป็นคำสั่งที่นักวิทยาศาสตร์พบว่าขยายไปถึงเครื่องชั่งขนาดใหญ่เป็นคำถามที่สำคัญหรือไม่เพราะแม่เหล็กนั้นเกิดขึ้นจากสปินของอะตอมเมื่อพวกเขาเข้าแถวทั้งหมด โดยปกติแล้วสปินเหล่านั้นจะถูกจัดเรียงแบบสุ่ม แต่ที่อุณหภูมิต่ำมากและเครื่องชั่งขนาดเล็กการเปลี่ยนแปลงและแม่เหล็กควอนตัมดังกล่าวมีพฤติกรรมที่แตกต่างกัน
ฮันตั้งข้อสังเกตว่าขัดแตะดังกล่าวโดยเฉพาะอย่างยิ่งการกำหนดค่าที่หลุมที่มีศักยภาพเชื่อมต่อกับอีกสามคนมากกว่าสองหรือสี่จะน่าสนใจเป็นพิเศษ ห้องปฏิบัติการของ Esslinger แสดงให้เห็นว่าอะตอมมักจะข้ามไปยังหลุมที่มีศักยภาพที่สปินตรงข้าม แต่ถ้ามีการจัดเรียงหลุมเพื่อให้อะตอมสามารถข้ามไปยังอะตอมอื่นได้สองอะตอมมันไม่สามารถ "เลือก" ซึ่งไปได้ดีเพราะหนึ่งในสองอะตอมจะอยู่ในสถานะสปินเดียวกันเสมอ
Esslinger กล่าวว่าห้องปฏิบัติการของเขาต้องการลองสร้างโปรยสองมิติและสำรวจคำถามนั้นมาก "จะเกิดอะไรขึ้นกับแม่เหล็กถ้าฉันเปลี่ยนรูปทรงเรขาคณิตมันไม่ชัดเจนอีกต่อไปถ้าสปินควรขึ้นหรือลง"
ติดตามเรา@livescience-Facebook-Google+- บทความต้นฉบับเกี่ยวกับLiveScience.com-
