Коллектив исследователей из Массачусетского технологического института (MIT) под руководством профессора Мартина Цвирляйна сделал значительный шаг вперёд в области атомной микроскопии. Учёные создали инновационный подход к визуализации отдельных атомов в атомных облаках, что позволяет наблюдать их взаимодействия в реальном времени. Эта методика, известная как «атомно-разрешающая микроскопия», открывает возможность получать изображения, демонстрирующие квантовые явления на уровне единичных атомов.
Суть методики заключается в следующем: облако атомов удерживается в ловушке, созданной лазерным лучом, где атомы могут свободно взаимодействовать. Затем активируется оптическая решётка, временно «замораживающая» атомы на месте. Далее применяют второй лазер для освещения «замороженных» атомов, и их флуоресценция позволяет точно определить их местоположение. По словам Цвирляйна, основная сложность заключалась в том, чтобы собрать свет от атомов, не вызывая их испарения.
Благодаря этой методике исследователи смогли получить уникальные изображения. Например, они смогли непосредственно наблюдать за бозонами, формирующими квантовые волны, а также за фермионами, образующими пары в свободном пространстве, что является основой сверхпроводимости. Эти наблюдения подтвердили теоретические модели о поведении бозонов и фермионов, включая предсказание Луи де Бройля о волновой природе материи.
В этом же журнале были опубликованы работы других команд, использующих аналогичные методы визуализации, включая группу под руководством нобелевского лауреата Вольфганга Кеттерле (также MIT) и группу из Высшей нормальной школы в Париже, возглавляемую Тариком Ефсахом. Команда Кеттерле визуализировала усиленные парные корреляции среди бозонов, а парижские учёные — облако невзаимодействующих фермионов.
Исследование Цвирляйна и его коллег стало значительным прорывом в понимании квантовых явлений. Новая методика позволяет не только наблюдать форму атомного облака, как это делали раньше методом абсорбционной визуализации, но и видеть отдельные атомы и их взаимодействие, открывая возможности для исследования сложных квантовых систем.
В дальнейшем команда планирует использовать свою методику для изучения более экзотических и малоизученных явлений, таких как квантовая физика Холла, что поможет проверить существующие теоретические модели и получить новые экспериментальные данные. Это предоставляет перспективы для углубленного понимания квантовых явлений и разработки новых технологий, основанных на квантовых основах.
Источник: iXBT
