Metronomas – tai paprastas įrenginys, skleidžiantis ritmingą tiksėjimą. Įprastai metronomus naudoja muzikantai – šis prietaisas padeda išlaikyti iš anksto pasirinktą ritmą. Tačiau dabar analogišką atominį prietaisą sumanė sukurti ir fizikai.
Paprastas metronomas padeda muzikantams, kvantinis - fizikams
© Paco from Badajoz (CC BY 2.0) | commons.wikimedia.org
Kvantinė fizika tiria nepaprastai mažas daleles. Dažnai jos juda neįtikėtinai greitai ir išmatuoti bei tirti šį judėjimą tikrai nėra lengva. Problema kyla todėl, kad neturime kuo išmatuoti šių dalelių judėjimo labai trumpose laiko atkarpose. Ir patį laiką sunku išmatuoti – milijardines sekundžių dalis galima išmatuoti trumpais lazerių blyksniais.
Tarptautinė mokslininkų komanda nusprendė išmatuoti labai nežymią elektronų vibraciją. Kuomet elektronas palieka atomą, jis ima judėti labai nedidelėje erdvėje. Šios vibracijos bangą labai sunku išmatuoti. Tiksliau sakant, iki šiol tai buvo neįmanoma. Jei pavyktų tą bangą padidinti, išmatuoti jos dydį būtų kur kas lengviau. Kuomet dvi kvantinės bangos persidengia tobulai (viršūnė sutampa su viršūne), jos susideda – mokslininkams tai labai padėtų. Tačiau jei vienos bangos viršūnė sutampa su kitos bangos žemuma, tos bangos anuliuoja viena kitą. Taigi, tikslus antrosios bangos pristatymas yra labai svarbus, tačiau, kaip įsivaizduojate, labai sudėtingas.
Ir čia prieiname prie metronomo. Senas geras metronomas padedai muzikantams išlaikyti ritmą, o atominis metronomas padeda susilygiuoti kvantinių dalelių vibracijos bangoms. Tas kvantinis metronomas ir buvo panaudotas Vienos Technologijos universitete – mokslininkai pasitelkė kompiuterinę simuliaciją, kad geriau suvoktų, kaip elektronas palieka atomą ir kaip padidinti jo vibracijos amplitudę Tam prireikė kryptingų ir ritmiškų lazerio smūgių.
Šiame tyrime mokslininkai į pagalbą pasitelkė helio atomus, kurie yra jonizuojami lazerio spinduliais. Lazeris tarsi priverčia helio atomą pamesti elektroną ir vietoje jo pasiimti fotoną. Tuomet tas elektronas ima vibruoti, o tos vibracijos bangos yra nesuprantamos. Tačiau esant tinkamoms sąlygoms vienas helio atomas gali prisijungti net du fotonus – tuomet išspirtas elektronas turi daugiau kinetinės energijos ir vibruoja aukštesne amplitude. Ir tam reikia to atominio metronomo – gerai sustyguotų lazerio pulsų.
„Pasitelkdami tikslingus lazerio impulsus, fazės informaciją galime išgauti iš elektronų išsidėstymo“, – paaiškino Stefanas Donsa, vienas iš tyrimo autorių. Tik kam ta fazės informacija svarbi?
Jau tikriausiai pamanėte, kad šis tyrimas neturi praktinio pritaikymo. Tačiau jis gali padėti patobulinti fotosensorius ir fotovoltikos prietaisus. Elektronų fazės informacija ir galimybė stebėti jų judėjimą taip pat gali padėti pasistūmėti atosekundžių fizikai.
