Ένδειξη για ύπαρξη κβαντικής μετατόπισης

Πηγή: Από την ιστοσελίδα Physics News Update, Φεβρουάριος 2005

Βρέθηκαν στοιχεία για μια κβαντισμένη μετατόπιση σε  μηχανικούς ταλαντωτές στην νανοκλίμακα.

Οι φυσικοί στο πανεπιστήμιο της Βοστώνης έχουν εκτελέσει ένα πείραμα στο οποίο μικροσκοπικές απολήξεις πυριτίου, που πηγάζουν από μια κεντρική ράβδο πυριτίου όπως τα πτερύγια από έναν απαγωγό θερμότητας, φαίνονται να ταλαντεύονται μαζί κατά ιδιαίτερο τρόπο : οι απολήξεις μπορούν να μετακινηθούν προς τα έξω κατά ορισμένες μετατοπίσεις αλλά όχι σε κάποιες άλλες. Η διάταξη για το πείραμα αυτό αποτελείται από μια δομή που προετοιμάστηκε λιθογραφικά και μοιάζει με μια χτένα διπλής όψεως, μοιάζοντας με μια διπλή χτένα (βλ. την εικόνα):

Έπειτα, ένα ηλεκτρόδιο από πολύ λεπτό φιλμ χρυσού επικάθεται πάνω από τη ραχοκοκαλιά της δομής. Κατόπιν ένα ρεύμα διαβιβάζεται μέσω του φιλμ ενώ εφαρμόζεται και ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Αυτό θέτει τη δομή σε ταλάντωση σε συχνότητες περίπου στην περιοχή του ενός gigahertz.

Αυτό κάνει τη δομή να συμπεριφέρεται σαν ο γρηγορότερος ταλαντωτής που έχει κατασκευαστεί από τον άνθρωπο. (Τα άτομα και τα μόρια μπορούν να δονηθούν γρηγορότερα από αυτή τη συχνότητα, αλλά όχι και ένα πιο μεγάλο κομμάτι ύλης.)

Σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες, αυτή η δομή, μικρή όπως είναι, συμπεριφέρεται σύμφωνα με την κλασσική φυσική. Όσο μεγαλύτερη η δύναμη που θέτει σε ταλάντωση τον ταλαντωτή (η οποία οφείλεται στο μαγνητικό πεδίο και στο ρεύμα μέσω του χρυσού ηλεκτροδίου) τόσο μεγαλύτερη η απομάκρυνση των απολήξεων. Αυτό επιβάλλει άλλωστε και ο νόμος του Hooke. 

Σε θερμοκρασίες όμως της τάξης του millikelvin, ισχύει η κβαντομηχανική αντί της κλασσικής μηχανικής. Σε γενικές γραμμές, οι ενέργειες των ταλαντευόμενων προεξοχών είναι κβαντισμένες, και αυτό στη συνέχεια εμφανίζεται ως τάση των προεξοχών (οι οποίες έχουν διαστάσεις 500 nm στο μήκος και 200 nm στο πλάτος) να μετατοπίζονται μόνο κατά διακριτές ποσότητες. Το πείραμα στο πανεπιστήμιο της Βοστώνης βλέπει ακριβώς τα σημάδια  αυτού του είδους της συμπεριφοράς.

Αναφορά: Gaidarzhy και άλλοι., Physical Review Letters, 28 Ιανουαρίου 2005. 

Home