Grupa naukowców postanowiła ostatnio zobaczyć, co się stanie, gdy schłodzą do ekstremalnie niskiej temperatury dwa atomy, a następnie je bardzo do siebie zbliżą. Okazało się, że w takiej ekstremalnej sytuacji naprawdę wiele się dzieje.
Warto tutaj jednak zaznaczyć, że wykonanie eksperymentu wcale nie należało do łatwych zadań. Trzeba bowiem najpierw schłodzić oba atomy, a następnie je do siebie zbliżyć zachowując jednak ich stan kwantowy. Dotychczas wszystkie tego typu eksperymenty ograniczały możliwość zbliżenia do siebie atomów do odległości rzędu 500 nanometrów (ludzki włos ma grubość ok. 100 000 nm). To niestety była wciąż za duża odległość, aby dało się przeanalizować zachodzące między atomami oddziaływania kwantowe.
Wspomniane wyżej ograniczenie wynikało z ograniczenia dyfrakcji światła wykorzystywanego do uwięzienia badanych atomów.
Czytaj także: Atomy mapowane w 3D. To pierwszy taki eksperyment
Teraz jednak zespół badaczy postanowił skupić wiązkę laserową za pomocą soczewki, tworząc ognisko Gaussa, które jest swoistą studnią energetyczną w wiązce laserowej, w której mogą zostać uwięzione atomy. Aby wyeliminować ograniczenie dyfrakcji w tym przypadku, naukowcy postanowili wykorzystać jeszcze jedną cechę badanych atomów dysprozu, ich spin.
Jak wiadomo spin atomu może wskazywać albo w górę, albo w dół. Co jednak ważne, każdy z nich charakteryzuje się jednak nieco inną energią. Z tego też powodu naukowcy uwięzili w dwóch wiązkach laserowych dwa atomy dysprozu o różnych spinach. W ten sposób jeden atom „nie widział” drugiego i odwrotnie. Następnie manipulując wiązkami laserowymi, naukowcy zbliżyli do siebie oba atomy na odległość zaledwie 50 nanometrów, a zatem dziesięciokrotnie bliżej niż było to wcześniej możliwe.
W tak małej odległości atomy zachowują się bardzo dziwnie.
Kiedy już układ z dwoma atomami został ustanowiony, naukowcy postanowili przeprowadzić serię eksperymentów. Po ogrzaniu jednej z warstw dysprozu zaobserwowano przekazywanie ciepła drugiej warstwie, pomimo tego, że oddzielone były one od siebie luką próżniową. Problem w tym, że oba atomy nie pozostawały w kontakcie ze sobą, ani nie było między nimi żadnego promieniowania. W jaki sposób zatem drugi atom został ogrzany? Tego jak na razie nie wiadomo, jednak dotychczas zakładano, że jest to po prostu niemożliwe.
Czytaj także: Uwiecznili atomy, jak nigdy przedtem. Ta obserwacja przesądzi o przyszłości wielu dziedzin
To jednak dopiero początek zagadek związanych z oddziaływaniami kwantowymi między dwoma znajdującymi się blisko siebie atomami. W najbliższym czasie ruszą eksperymenty mające na celu zbadania teorii BCS (Bardeen-Cooper-Schieffer), według której w ekstremalnie niskich temperaturach niektóre cząstki subatomowe łączą się w pary. Wnioski z takich eksperymentów mogą potencjalnie poszerzyć naszą wiedzę o zjawisku nadprzewodnictwa. Kto by się spodziewał, że wystarczy przycisnąć jeden atom do drugiego, aby zobaczyć coś, przed czym w XXI wieku naukowcy wciąż bezradnie rozkładają ręce. Otaczająca nas rzeczywistość jest naprawdę fascynująca.
