Naukowcy z Florencji opracowali przełomowe urządzenie eksperymentalne, które łączy fizykę klasyczną i kwantową, umożliwiając jednoczesną obserwację i badanie zjawisk zarówno klasycznych, jak i kwantowych. W swoim najnowszym artykule naukowym opublikowanym w periodyku Optica badacze dokonali znaczącego postępu na drodze do zrozumienia zachowania się materii w różnych skalach.
Podstawową zasadą stojącą za stworzonym przez badaczy urządzeniem jest lewitacja optyczna. Ta technika, udoskonalana przez lata od czasu jej pierwszej obserwacji w latach 80., wykorzystuje zdolność światła do wychwytywania i manipulowania pojedynczymi mikroskopijnymi cząstkami. Wiązka lasera może wywierać wystarczającą siłę na nanoobiekt, aby go unieść, utrzymując go w zawieszeniu w przestrzeni. To zjawisko, za które Arthur Ashkin otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2018 r., stanowi wyjątkową platformę do badania właściwości materii w skali nano.
Czytaj także: Fizycy kwantowi mają zagwozdkę. To nie miało prawa się udać
Włoski zespół pod kierownictwem Francesco Marina z Uniwersytetu we Florencji i CNR-INO posunął teraz tę technikę o krok dalej. Stworzone przez niego urządzenie wykorzystuje wiązki światła o różnych kolorach, aby jednocześnie wyłapać nie jedną, ale dwie szklane nanosfery. Utrzymywane w pułapce optycznej cząstki oscylują wokół swojego położenia równowagi z różnymi częstotliwościami. To właśnie te oscylacje pozwalają naukowcom na coś unikalnego: jednoczesne obserwowanie zachowania obu nanosfer zarówno w skali klasycznej, jak i kwantowej.
To właśnie jest najważniejszy aspekt całego urządzenia. Po raz pierwszy naukowcy mogą obserwować przejście między tymi dwoma oddzielnymi wersjami otaczającej nas rzeczywistości.
Fizyka klasyczna, która opisuje zachowanie obiektów makroskopowych, z którymi spotykamy się w naszym codziennym życiu, opisuje świat w kategoriach dobrze zdefiniowanych trajektorii i przewidywalnych wyników. Fizyka kwantowa z kolei wchodzi do gry na poziomie atomowym i subatomowym, gdzie reguły są całkowicie inne. Tutaj cząstki mogą istnieć w wielu stanach jednocześnie, a ich właściwości są często skwantowane, co oznacza, że mogą przyjmować tylko dyskretne wartości. Tutaj intuicja nie przetrwa ani chwili.
Czytaj także: Energia z powietrza jednak możliwa? Szalony pomysł sprzed dekady ma coraz więcej zwolenników
Obserwując zachowanie nanosfer, które są większe od pojedynczych atomów, ale nadal wystarczająco małe, aby wykazywać efekty kwantowe, naukowcy mogą zbadać granicę między sferą klasyczną a kwantową.
Nanooscylatory należą do nielicznych urządzeń, które umożliwiają badanie makroskopowego zachowania obiektów w ściśle kontrolowanych warunkach. Znajdujące się w nich naładowane elektrycznie nanosfery oddziałują ze sobą, tworząc sprzężony układ. Trajektoria jednej sfery jest zatem wewnętrznie powiązana z trajektorią drugiej. Takie interakcje otwierają nowe ścieżki do badania zbiorowo oddziałujących ze sobą nanosystemów zarówno w reżimie klasycznym, jak i kwantowym. Poprzez manipulowanie tymi interakcjami i ich obserwację, naukowcy mogą eksperymentalnie badać delikatne przejście między dwoma fundamentalnymi opisami natury, dostarczając bezcennych spostrzeżeń na temat tajemnic świata kwantowego i jego związku z naszą klasyczną rzeczywistością.