Επιστήμονες από το Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Οκινάουα πέτυχαν να μετακινήσουν ένα αιωρούμενο αντικείμενο πλάτους ενός εκατοστού, χρησιμοποιώντας αποκλειστικά τη δύναμη του ηλεκτρονιακού σπιν. Πρόκειται για την πρώτη φορά που παρατηρείται ένα κβαντικό φαινόμενο να χειρίζεται άμεσα ένα αντικείμενο το οποίο υπόκειται στη βαρύτητα. Τα ευρήματα, τα οποία δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Science Advances, θέτουν μια νέα βάση για τη μελέτη των ορίων ανάμεσα στην κλασική και την κβαντική φυσική.
Κβαντική στροφορμή: Γέφυρα ανάμεσα στον μικρόκοσμο και τον μακρόκοσμο
Η κλασική φυσική και η κβαντική μηχανική παραμένουν διαχωρισμένες λόγω της διαφοράς κλίμακας. Η βαρύτητα κυριαρχεί στον μακρόκοσμο, αλλά οι επιδράσεις της είναι εξαιρετικά ασθενείς στο νανομετρικό επίπεδο, όπου επικρατούν τα κβαντικά φαινόμενα. Για να ελεγχθεί αν η κβαντική φύση ισχύει και για μεγαλύτερα αντικείμενα, απαιτείται η τοποθέτησή τους σε κβαντική υπερθέση. Ωστόσο, η αιώρηση μακροσκοπικών αντικειμένων με παραδοσιακές τεχνικές είναι εξαιρετικά δύσκολη. Η ομάδα ακολούθησε την αντίθετη πορεία, ξεκινώντας από μεγαλύτερες μάζες, όπου οι επιδράσεις της βαρύτητας είναι ισχυρές.
Η αρχιτεκτονική της πειραματικής διάταξης
Το πείραμα συνδύασε μια διαμαγνητικά αιωρούμενη πλάκα γραφίτη με έναν καθρέφτη, συνδεδεμένη μέσω μιας ράβδου άνθρακα με ένα διαμάντι που αιωρούνταν πάνω από έναν μαγνήτη. Το διαμάντι περιείχε δισεκατομμύρια κέντρα αζώτου-κενών, τα οποία παγιδεύουν ανεπάγγελτα ηλεκτρόνια και λειτουργούν ως μικροσκοπικοί, ελεγχόμενοι κβαντικοί μαγνήτες.
Φωτεινός παλμός και μέτρηση ακριβείας
Με την περιοδική κίνηση του διαμαντιού με ένα πράσινο λέιζερ, τα κέντρα αυτά πολώθηκαν σε μια προκαθορισμένη κατάσταση σπιν. Αυτό παρήγαγε μικρές μαγνητικές διακυμάνσεις που ώθησαν το διαμάντι προς τα κάτω. Η κίνηση καταγράφηκε με τη χρήση συμβολόμετρου, το οποίο ανακλούσε δέσμη λέιζερ στον καθρέφτη της πλάκας γραφίτη, μετρώντας τις αλλαγές απόστασης με ακρίβεια πικομέτρου.
Νέοι ορίζοντες στην επιστημονική έρευνα
Αποδεικνύοντας μια μεγάλη μηχανική απόκριση από ένα μικρό κβαντικό φαινόμενο, οι ερευνητές δημιούργησαν μια πλατφόρμα δοκιμής για θεωρίες της φυσικής. Η εξέλιξη αυτή ανοίγει τον δρόμο για τη βελτίωση των πειραματικών συνθηκών προς την επίτευξη κβαντικής υπερθέσης στο πεδίο της γενικής σχετικότητας, ενώ παράλληλα επιτρέπει την ανάπτυξη ανιχνευτών εξαιρετικής ακρίβειας για τη μελέτη της σκοτεινής ύλης και των βαρυτικών κυμάτων.
