Για πρώτη φορά, επιστήμονες παρατήρησαν τα εμβληματικά βήματα Shapiro, ένα κβαντικό φαινόμενο που μοιάζει με σκάλα, σε υπερψυχρά άτομα. Η ανακάλυψη αυτή προσφέρει μια μοναδική ματιά στον τρόπο με τον οποίο η ύλη συμπεριφέρεται σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν.
Το πείραμα της επαφής Josephson
Σε ένα πρόσφατο πείραμα, εφαρμόστηκε εναλλασσόμενο ρεύμα σε μια επαφή Josephson που σχηματίστηκε από άτομα ψυχμένα κοντά στο απόλυτο μηδέν, τα οποία χωρίζονταν από ένα εξαιρετικά λεπτό φράγμα φωτός λέιζερ. Αξιοσημείωτο είναι ότι τα άτομα μπόρεσαν να διασχίσουν αυτό το φράγμα συλλογικά και χωρίς απώλεια ενέργειας, ενεργώντας σαν το φράγμα να ήταν διαφανές, χάρη στην κβαντική σήραγγα.
Η εμφάνιση της κβαντικής σκάλας
Καθώς το ταλαντευόμενο ρεύμα έρεε μέσω της επαφής, η διαφορά στο χημικό δυναμικό μεταξύ των δύο πλευρών δεν άλλαζε ομαλά, αλλά αντίθετα αυξανόταν σε διακριτά, ομοιόμορφα κατανεμημένα βήματα, σαν να ανέβαιναν μια «κβαντική σκάλα». Το ύψος κάθε βήματος καθορίζεται άμεσα από τη συχνότητα του εφαρμοζόμενου ρεύματος, και αυτές οι βαθμιδωτές διαφορές χημικού δυναμικού είναι το ατομικό ανάλογο των βημάτων Shapiro στις συμβατικές επαφές Josephson.
Η σημασία για την ατομοτρονική και την κβαντική τεχνολογία
Οι επαφές Josephson σε πλατφόρμες υπεραγωγών στερεάς κατάστασης αποτελούν ήδη θεμελιώδη δομικά στοιχεία των κβαντικών αισθητήρων και των κβαντικών υπολογιστών, ενώ επισημάνθηκαν από το Νόμπελ Φυσικής 2025 ως βασικά εργαλεία για την εξερεύνηση κβαντικών φαινομένων σε μακροσκοπική κλίμακα.
Αυτό αποτελεί ένα σημαντικό βήμα για την ατομοτρονική. Όπως τα ηλεκτρικά ρεύματα στην παραδοσιακή ηλεκτρονική, τα ατομοτρονικά κυκλώματα καθοδηγούν ουδέτερα άτομα με λέιζερ, προσφέροντας ακριβή έλεγχο για νέες κβαντικές συσκευές και εφαρμογές στην προσομοίωση, την ανίχνευση και την τεχνολογία. Τα αποτελέσματα αποδεικνύουν ότι τα υπερψυχρά άτομα αποτελούν ισχυρό εργαλείο για την αξιοποίηση της συλλογικής δυναμικής των κβαντικών συστημάτων.
Περισσότερες πληροφορίες: Giulia Del Pace et al, Ο Shapiro κάνει βήματα στα ισχυρά αλληλεπιδρώντα αέρια Fermi, Science (2025). DOI: 10.1126/science.ads8885. Στο arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2409.03448
Πληροφορίες περιοδικού: Science, arXiv
Παρέχεται από το CNR-INO
