Físicos construíram o primeiro microscópio de férmion do mundo

O físico Lawrence Cheyuk, um dos autores do trabalho, cria a óptica a laser / SciTech Daily

Physicists no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) construiu o primeiro microscópio de férmion do mundo . Resfriado experimentalmente usando dois lasers com diferentes comprimentos de onda, os átomos de potássio de ⁴⁰ K passam para níveis de energia cada vez mais baixos. Nesse caso, os férmions emitem fótons, que são capturados por um microscópio e dão uma imagem.

Toda matéria conhecida por nós consiste em bósons e férmions. Os férmions formam a matéria - estes são quarks que compõem prótons e nêutrons, que são férmions, bem como leptons (elétrons, múons, tau leptons, neutrinos). Os bósons são portadores de interação (fótons, glúons, bósons W e Z e o mesmo bóson de Higgs).

Na Universidade de Harvard, os cientistas conseguiram construir um microscópio bóson em 2009 e, em 2010, seu trabalho foi repetido no Institute of Quantum Optics. Max Planck. Mas até agora não era possível ver férmions sob um microscópio. O princípio da proibição de Pauli interferiusegundo o qual, em um sistema quântico fechado, dois ou mais férmions idênticos (partículas com um spin meio inteiro) não podem estar simultaneamente no mesmo estado quântico. Portanto, tentativas de resfriar a nuvem de férmions levaram ao fato de que todas elas se alinharam em diferentes níveis de energia, e era impossível resfriar ainda mais as partículas com a energia mais alta.



Em um artigo publicado em maio de 2015 , uma equipe de pesquisadores fala sobre sua conquista. Martin Zwirline, líder da equipe, descreve o experimento: “Queríamos alcançar o que os grupos anteriores foram capazes de fazer com os bosons. Mas acabou sendo mais difícil lidar com os férmions - eles não são tão fáceis de esfriar. ”

Usando dois lasers, os cientistas criaram uma rede de malha na qual os férmions eram capturados e mantidos nas células, como em "poços de energia". O resfriamento gradual levou ao fato de que o gás férmion atingiu uma temperatura próxima ao zero absoluto, e os férmions individuais puderam ser mantidos por um longo tempo nas células da rede. Os fótons emitidos durante isso foram capturados por um microscópio.

"Isso significa que eu sei onde estão os férmions e, relativamente falando, posso movê-los com uma pinça para qualquer lugar e criar qualquer padrão com eles", diz Zwirline. Por estarem em células isoladas, os férmions não interagem entre si e o princípio de Pauli não os impede de resfriar adequadamente.

Como explicam os pesquisadores, seu trabalho pode ajudar a avançar ainda mais na criação de supercondutores de alta temperatura, já que esse microscópio pode levar o estudo de elétrons, que também são férmions, a um novo nível. Além disso, a capacidade de reter e mover férmions individuais está diretamente relacionada às tecnologias para a criação de computadores quânticos.