Fisikawan membangun mikroskop fermion pertama di dunia

Mahasiswa fisika, Lawrence Cheyuk, salah satu penulis karya ini, membuat optik laser / SciTech Daily

Physicists di Massachusetts Institute of Technology (MIT) membangun mikroskop fermion pertama di dunia . Didinginkan secara eksperimental menggunakan dua laser dengan panjang gelombang yang berbeda, atom kalium ⁴⁰ K beralih ke tingkat energi yang lebih rendah. Dalam hal ini, fermion memancarkan foton, yang ditangkap oleh mikroskop dan memberikan gambar.

Semua hal yang kita ketahui terdiri dari boson dan fermion. Fermion membentuk materi - ini adalah quark yang membentuk proton dan neutron, yang juga merupakan fermion, serta lepton (elektron, muon, tau lepton, neutrino). Boson adalah pembawa interaksi (foton, gluon, W dan Z-boson, dan boson Higgs yang sama).

Di Universitas Harvard, para ilmuwan berhasil membangun mikroskop boson pada 2009, dan pada 2010 pekerjaan mereka diulangi di Institute of Quantum Optics. Max Planck. Tetapi sampai sekarang belum dimungkinkan untuk melihat fermion di bawah mikroskop. The prinsip larangan Pauli campurmenurut yang dalam sistem kuantum tertutup dua atau lebih fermion identik (partikel dengan putaran setengah bilangan bulat) tidak dapat secara bersamaan berada dalam keadaan kuantum yang sama. Karena itu, upaya untuk mendinginkan awan fermion mengarah pada fakta bahwa mereka semua berbaris pada tingkat energi yang berbeda, dan mustahil untuk mendinginkan partikel dengan energi tertinggi lebih lanjut.



Dalam sebuah makalah yang diterbitkan pada Mei 2015 , tim peneliti berbicara tentang pencapaian mereka. Martin Zwirline, ketua tim, menjelaskan eksperimen ini: “Kami ingin mencapai apa yang dapat dilakukan kelompok sebelumnya dengan boson. Tapi ternyata itu lebih sulit dilakukan dengan fermion - mereka tidak begitu mudah untuk didinginkan. "

Menggunakan dua laser, para ilmuwan menciptakan jaringan mesh di mana fermion ditangkap dan disimpan dalam sel, seperti dalam "sumur energi". Pendinginan bertahap menyebabkan fakta bahwa gas fermion mencapai suhu mendekati nol absolut, dan fermion individu dapat ditahan untuk waktu yang lama di sel-sel jaringan. Foton yang dipancarkan selama ini ditangkap oleh mikroskop.

"Ini berarti saya tahu di mana fermion berada, dan saya dapat, secara relatif, memindahkannya dengan pinset ke mana saja, dan membuat pola apa pun dari mereka," kata Zwirline. Karena berada di sel yang terisolasi, fermion tidak berinteraksi satu sama lain dan prinsip Pauli tidak mencegah mereka untuk pendinginan dengan baik.

Seperti yang dijelaskan para peneliti, pekerjaan mereka dapat membantu lebih lanjut menuju penciptaan superkonduktor suhu tinggi, karena mikroskop seperti itu dapat memajukan studi elektron, yang juga fermion, ke tingkat yang baru. Selain itu, kemampuan untuk memegang dan memindahkan fermion individu secara langsung terkait dengan teknologi untuk membuat komputer kuantum.