قام الفيزيائيون ببناء أول مجهر فرميوني في العالم

قام الفيزيائي لورنس شيوك ، أحد مؤلفي العمل ، بإعداد بصريات الليزر / قام علماء

الفيزياء اليومية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) ببناء أول مجهر فرميوني في العالم . يتم تبريد ذرات البوتاسيوم ⁴⁰ كيلو بتجارب باستخدام ليزرين بأطوال موجية مختلفة ، لتصل إلى مستويات طاقة أقل. في هذه الحالة ، تنبعث الفرميونات من الفوتونات التي يلتقطها المجهر وتعطي صورة.

جميع المواد المعروفة لدينا تتكون من البوزونات و الفرميونات. تشكل الفرميونات المادة - وهي كواركات تتكون من البروتونات والنيوترونات ، والتي هي نفسها فيرميونات ، بالإضافة إلى اللبتونات (الإلكترونات ، الميونات ، تاو ليبتون ، النيوترينو). البوزونات هي حاملات التفاعل (الفوتونات ، gluons ، W و Z-bosons ، ونفس بوزون Higgs).

في جامعة هارفارد ، تمكن العلماء من بناء مجهر بوزوني في عام 2009 ، وفي عام 2010 تكرر عملهم في معهد البصريات الكمومية. ماكس بلانك. ولكن حتى الآن لم يكن من الممكن رؤية الفرميونات تحت المجهر. و مبدأ حظر باولي تتدخلوفقا لذلك في نظام الكم المغلق لا يمكن أن يكون اثنين أو أكثر من الفرميونات المتطابقة (الجسيمات ذات الدوران نصف الصحيح) في نفس الوقت في نفس الحالة الكمية. لذلك ، أدت محاولات تبريد سحابة الفرميونات إلى حقيقة أن جميعهم اصطفوا عند مستويات طاقة مختلفة ، وكان من المستحيل تبريد الجزيئات بأعلى طاقة.



في ورقة نشرت في مايو 2015 ، يتحدث فريق من الباحثين عن إنجازاتهم. يصف مارتن زويرلاين ، قائد الفريق ، التجربة: "أردنا تحقيق ما استطاعت المجموعات السابقة القيام به مع البوزونات. ولكن اتضح أنه من الأصعب التعامل مع الفرميونات - ليس من السهل تبريدها ".

باستخدام اثنين من الليزر ، أنشأ العلماء شبكة متداخلة تم فيها التقاط الفرميونات واحتجازها في الخلايا ، كما هو الحال في "آبار الطاقة". أدى التبريد التدريجي إلى حقيقة أن غاز الفرميون وصل إلى درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق ، ويمكن الاحتفاظ بالفرميونات الفردية لفترة طويلة في خلايا الشبكة. تم التقاط الفوتونات المنبعثة خلال ذلك بواسطة المجهر.

يقول Zwirline: "هذا يعني أنني أعرف مكان الفرميونات ، ويمكنني ، نسبيًا ، تحريكها باستخدام ملاقط في أي مكان ، وإخراج أي نمط منها". بسبب التواجد في الخلايا المعزولة ، لا تتفاعل الفرميونات مع بعضها البعض ولا يمنعها مبدأ باولي من التبريد بشكل صحيح.

وكما أوضح الباحثون ، فإن عملهم يمكن أن يساعد على المضي قدمًا نحو إنشاء الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية ، لأن هذا الميكروسكوب يمكن أن يدفع دراسة الإلكترونات ، والتي هي أيضًا الفرميونات ، إلى مستوى جديد. بالإضافة إلى ذلك ، ترتبط القدرة على حمل الفرميونات الفردية ونقلها ارتباطًا مباشرًا بتقنيات إنشاء أجهزة الكمبيوتر الكمومية.