Podivný kvantový efekt, který dokáže zneviditelnit hmotu byl konečně prokázán

Podivný kvantový jev, který byl předpovězen již před desítkami let, byl konečně prokázán – pokud vytvoříte dostatečně studený a hustý oblak plynu, můžete ho zneviditelnit, popisuje server MashUp.

Vědci z Massachusettského technologického institutu (MIT) pomocí laserů stlačili a ochladili plynné lithium na dostatečně nízkou hustotu a teplotu, aby rozptylovalo méně světla. Pokud se jim podaří ochladit oblak ještě blíže k absolutní nule (minus 273,15 stupňů Celsia), bude podle nich zcela neviditelný. Tento bizarní efekt je vůbec prvním konkrétním příkladem kvantově mechanického procesu zvaného Pauliho blokování.

„Pozorovali jsme jednu velmi zvláštní a jednoduchou formu Pauliho blokování, která brání atomu v tom, co by všechny atomy dělaly přirozeně: rozptylovaly světlo,“ uvedl hlavní autor studie Wolfgang Ketterle, profesor fyziky na MIT. „Jedná se o první jasné pozorování existence tohoto efektu, které ukazuje na nový jev ve fyzice.“ Nová technika by mohla být využita k vývoji materiálů potlačujících světlo, aby se zabránilo ztrátě informací v kvantových počítačích.

Pauliho blokování

Pauliho blokování pochází z Pauliho vylučovacího principu, který poprvé formuloval slavný rakouský fyzik Wolfgang Pauli v roce 1925. Pauli tvrdil, že všechny takzvané fermionové částice, jako jsou protony, neutrony a elektrony, se stejným kvantovým stavem jako ostatní nemohou existovat ve stejném prostoru.

Protože na kvantové úrovni existuje pouze konečný počet energetických stavů, nutí to elektrony v atomech, aby se skládaly do slupek vyšších energetických hladin, které obíhají stále dál kolem atomových jader. Zároveň udržuje elektrony oddělených atomů od sebe, protože podle článku z roku 1967, jehož spoluautorem byl známý fyzik Freeman Dyson, by se bez vylučovacího principu všechny atomy zhroutily dohromady a zároveň by došlo k obrovskému uvolnění energie.

Tyto důsledky nejenže vytvářejí překvapivou variabilitu prvků periodické tabulky, ale také zabraňují tomu, aby se naše nohy, když jsou zasazeny do hlíny, propadly zemí a odnesly nás pádem do středu Země.

• 

A co atomy?

Vylučovací princip platí i pro atomy v plynu. Obvykle mají atomy v oblaku plynu spoustu prostoru, ve kterém se mohou odrážet, což znamená, že i když mohou být fermiony vázané Pauliho vylučovacím principem, je zde dostatek neobsazených energetických hladin, do kterých mohou přeskočit, aby jim princip výrazně nebránil v pohybu. Pošlete foton nebo světelnou částici do relativně teplého oblaku plynu a každý atom, do kterého narazí, s ním bude schopen interagovat, pohltit jeho příchozí hybnost, přetočit se na jinou energetickou hladinu a foton rozptýlit.

Když však plyn ochladíte, nastane jiný příběh. Nyní atomy ztrácejí energii, zaplňují všechny nejnižší dostupné stavy a vytvářejí typ hmoty nazývaný Fermiho moře. Částice jsou nyní navzájem sevřené a nemohou se pohybovat na vyšší energetické hladiny ani klesat na nižší. V tomto okamžiku jsou naskládány do skořápek jako sedící návštěvníci koncertu ve vyprodané aréně a nemají kam utéct, pokud je zasáhnou, vysvětlili vědci. Jsou tak namačkané, že částice už nejsou schopné interagovat se světlem. Světlo, které je vysláno dovnitř, je Pauliho blokováno a jednoduše projde přímo skrz.

Dostat atomový oblak do tohoto stavu je však velmi obtížné. Nejenže je k tomu zapotřebí neuvěřitelně nízkých teplot, ale také je nutné atomy stlačit na rekordní hustotu. Byl to delikátní úkol, takže poté, co výzkumníci nabalili svůj plyn do atomové pasti, odpálili jej laserem.

Aby zjistili, jak moc se jejich přechlazené atomy zamaskovaly, posvítili fyzikové na atomy třetím a posledním laserovým paprskem – pečlivě kalibrovaným tak, aby se nezměnila teplota ani hustota plynu – a pomocí hypersenzitivní kamery spočítali počet rozptýlených fotonů. Jak předpokládala jejich teorie, ochlazené a stlačené atomy rozptýlily o 38 % méně světla než atomy při pokojové teplotě, takže byly výrazně slabší.

Zdroj: mashup.com