A levitáció, egy jelenség, amit eddig csak tudományos-fantasztikus filmekben láthattunk, hamarosan a valóságban is lehetségessé válhat?
Svájci kutatók egy új kísérletben bebizonyították, hogy a kvantumfizika lehet a kulcs a tárgyak levegőben való, motor nélküli mozgatásához.
A kvantummechanika a fizika azon ága, amelyik a nanoszkopikus méreteknél történő jelenségeket vizsgálja, például a szubatomi részecskék viselkedését, amelyeket a klasszikus fizika nem képes megmagyarázni.
Ezen jelenségek megmagyarázása érdekében a fizikusok folyamatosan azon kísérleteznek, hogy nagyobb részecskéket kvantumrészecske-szerű viselkedésre bírjanak.
2021-ben egy kutatócsapatnak sikerült külső segítség nélkül a levegőbe emelnie egy 100 nanométer átmérőjű kis üveg nanogömböt – ez körülbelül ezerszer kisebb, mint egy emberi hajszál vastagsága.
Ehhez különleges lézereket használtak, ezzel a kvantumfizika határára kényszerítve a kvantumfizikai léptékben hatalmasnak számító, 10 millió atomból álló gömböt. A gömböt sikerült a legalacsonyabb kvantummechanikai állapotában felfüggeszteni, amiben már kvantumjelenségek is megjelenhetnek.
„Ez az első alkalom, hogy ilyen módszert használtak egy makroszkopikus test kvantumállapotának szabályozására” – mondta Lukas Novotny, az svájci ETH Zürich fotonika professzora 2021. júliusában a Nature magazin szerint.
Kvantumállapot elérése érdekében az energiát és a mozgást nagyon le kell csökkenteni. Novotny és munkatársai egy -269 Celsius fokra hűtött vákuum tartályt használtak majd egy feedback rendszerrel végeztek további módosításokat.
Két lézer által létrehozott interferencia-minták felhasználásával a kutatók meghatározták a gömb pontos helyét a tartályon belül, majd két elektróda segítségével olyan elektromos teret hoztak létre, amivel szinte teljesen mozdulatlanná dermesztették. Ezt körülbelül úgy képzelhetjük el, mintha egy játszótéri hintát akarnánk megállítani a levegőben, addig húzva és nyomva azt, amíg teljesen megáll.
További alapos kutatásokra van szükség
Ezen állapot elérése után további kutatások válnak lehetővé.
„Hogy pontosabban láthassuk a kvantumjelenségeket, a nanogömböt nagyon le kell lassítanunk, egészen a mozgási alapállapotába” – mondta Felix Tebbenjohanns villamosmérnök, az ETH Zürich munkatársa. „Ez azt jelenti, hogy a gömb mozgási energiáját a minimumra csökkentjük, ami már közel van a kvantummechanikai null-ponti mozgáshoz.”
Habár hasonló eredményeket már korábban is sikerült elérni, eddig egy optikai rezonátor nevű eszközt használtak a részecskék fénnyel való lebegtetésére.
Az új módszer jobban védi a nanogömböt a behatásoktól és a test megfigyelhető a lézer kikapcsolása után – de ennek megvalósításához még további kutatásokra van szükség.
A kutatók reményei szerint az eredményeik hosszú távon felhasználhatóak annak kiderítésére, hogy viselkedhetnek az elemi részecskék hullámokként is. (A kérdés, hogy mi az anyag alapvető természete: hullámok vagy részecskék alkotják, vagy egyszerre rendelkezik két látszólag ellentétes tulajdonsággal, mindig is a fizika egyik legvitatottabb kérdése volt.)
Lehetséges, hogy a nanogömbhöz hasonló szuperérzékeny eszközök segíthetnek a maiaknál sokkal fejlettebb szenzorok kifejlesztésében.
Egy ilyen méretű gömb lebegtetése jelentős lépés makroszkopikus lépték felé, ahol majd a kvantum és a klasszikus fizika közötti határ is tanulmányozhatóvá válhat.
