超低温の原子雲: 確認されている量子物理学の理論さえも揺るがされる可能性がある

量子理論は物理学で最もよく確認されている理論の 1 つと考えられています。それにもかかわらず、ウィーン工科大学 (TU) の物理学者が再び示したように、それは常に驚きをもたらすものです。 彼らはジャーナル「Physical Review Letters」で、既存の理論では説明できない超低温原子雲を使った実験結果を報告している。

自発的な同期

超低温原子の雲は、多体量子物理学における基本的な問題を調査するためのモデル システムとして機能します。ウィーン工科大学の原子研究所は、このような関連性の研究に何年も集中的に取り組んできたが、イェルク・シュミードマイヤー教授率いる原子物理学と量子光学のグループが今回得た結果は、研究者らを困惑させている。彼らの実験では、隣接する 2 つのガス雲の振動がどのように自発的に同期するかを観察することができました。

「このような同期には、実際には 2 つのクラウド間の結合が必要です。これにより、システム全体が弱まり、システム全体からエネルギーが除去されます」とシュミードマイヤー氏は APA に説明しました。 「現在の理論ではそのようなプロセスを示唆するものはありません。そのような量子システムは実際には周囲から完全に遮蔽されているため、エネルギーが失われることはありません。」

アトムチップ

研究者らは実験にルビジウム原子の雲を使用し、絶対零度（摂氏マイナス273.15度）より数十億分の1度高い温度まで冷却した。冷却するだけでなく、原子雲を捕捉して操作するために、特殊な原子チップが使用され、その表面上に原子が真空中に浮遊しました。

「このチップを使用すると、磁場と電場を使用して、まず捕捉した雲を 2 つの部分に分割し、次にそれらの振動を個別に操作することができます」と、ウィーン工科大学で実験を行った研究の筆頭著者であるマリーン・ピニュール氏は説明します。アパ。

考えられる説明

原子は、量子力学的トンネル効果によって、いつでも一方の側からもう一方の側に切り替わることができます。その結果、2 つの原子雲の振動が結合し、相互作用します。 「これは、ゴムバンドを介して互いに接続された 2 つの平行に揺れる振り子のように想像していただけます」とシュミードマイヤー氏は言います。最初に振り子が正確に同期して振れない場合でも、ゴムバンドが振り子の振動を弱め、振り子からエネルギーを取り除くことで、時間の経過とともに動きが確実に同期するようになります。

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科学者たちは今回、同様の効果を実験で観察しました。数ミリ秒以内に振動は完全に同期しました。これは、システムからエネルギーが失われるメカニズムを示しています。 「私たちは今、この減衰を説明するプロセスを見つけて、それを既存の理論に組み込む必要があります」とピニュール氏は言う。