Hogyan képes a kvantumvilág forrón is megdermedni

A kvantumfizika határai régóta izgatják a tudósokat: vajon egy atomnál vagy molekulánál jóval nagyobb tárgyak is mutathatnak-e kvantumjelenségeket? Kiemelendő, hogy egy svájci–osztrák kutatócsoport nemrégiben áttörést ért el ezen a területen, miután sikerült igazolniuk, hogy száz nanométeres átmérőjű üveggolyócskák forgási rezgései kvantumfizikai szabályokat követnek – holott a szemcsék hőmérséklete megegyezett a szobahőmérséklettel.

Mi fagy meg a kvantumban?

A mindennapokban megszoktuk, hogy bármit hintáztatunk – legyen az inga vagy gömb –, tetszőleges amplitúdóval tudjuk mozgatni. A kvantumvilágban viszont az energia csak meghatározott csomagokban, úgynevezett kvantumokban létezik. Egy mikroszkopikus részecske mindig egy kicsit rezeg, még akkor is, ha nincs rá külső hatás. Az első, legalacsonyabb energiaszintet “alapállapotnak” hívjuk, a többi ehhez képest mindig pontosan meghatározott többlet energiát hordoz.

Ezért jelentős, hogy az ilyen miniatűr gömbök nem folyamatosan, hanem lépcsőzetesen tudnak rezegni, és a részecske akár több rezgési állapot keverékében is létezhet, ami a kvantumfizika egyik alapvetése.

Forró, de mégis kvantumos állapot

Eddig szinte csak abszolút nulla, azaz –273,15°C közeli hőmérsékleten sikerült ilyen állapotokat létrehozni. Most azonban az ETH Zürich és a bécsi TU Wien kutatói új technikát fejlesztettek ki: lézer és tükrök segítségével sikerült egy szobahőmérsékletű, enyhén ellipszoid formájú nanogömb forgását kvantumfizikailag „megfagyasztani”. A gömb egy elektromágneses mezőben kezdi meg a forgását, a lézerrel és a tükrökkel azonban az energia jelentős részét elnyelik, így a forgási energia a kvantumos alapállapothoz közelít.

Bár a részecske belsejének hőmérséklete akár több száz Celsius-fokos is lehet, a forgási szabadsági fok energiaállapotát függetlenül lehet csökkenteni a belső hőtartalomtól. Így a forgásuk „megfagy”, miközben maga az anyag forró marad.

Új távlatok a kvantumkutatásban

A mostani eredmény rekord tisztaságú kvantumállapotot hozott létre, amelyet korábban ilyen hőmérsékleten elérhetetlennek tartottak. Mostantól lehetőség nyílik stabil és megbízható kísérleteket végezni nagyobb méretű objektumokkal, ami forradalmasíthatja a kvantumfizikai kutatásokat. Összességében elmondható, hogy a kvantumvilág határai jelentősen kitolódtak: már nemcsak könnyű, hideg atomokon, hanem forró, makroszkopikus részecskéken is megfigyelhetők a kvantumhatások.

2025, adminboss, www.sciencedaily.com alapján