Πραγματοποιήθηκε ένα όνειρο του Αινστάιν

(PhysOrg.com) - Για πρώτη φορά πραγματοποιήθηκε με επιτυχία ένα συνεχές πείραμα σταθεροποίησης μίας κβαντικής κατάστασης από μία ομάδα του Laboratoire Kastler Brossel με επικεφαλής τον Serge Haroche. Οι ερευνητές πέτυχαν να διατηρήσουν ένα σταθερό αριθμό φωτονίων σε μια υψηλής ποιότητας κοιλότητα μικροκυμάτων. Τα αποτελέσματα της μελέτης τους δημοσιεύθηκαν στο ηλεκτρονικό περιοδικό Nature την 1η Σεπτεμβρίου 2011.

Το φωτόνιο, η βασική μονάδα του φωτός, μπορεί κανονικά να παρατηρηθεί μόνο όταν εξαφανίζεται. Το μάτι απορροφά φωτόνια, καταστρέφοντάς τα και μεταφράζει τις πληροφορίες  που μεταφέρουν,  καθώς καταγράφονται. Ωστόσο, αυτή η καταστροφή δεν είναι απαραίτητη. Πριν από τέσσερα χρόνια, μια ομάδα από το Laboratoire Kastler Brossel έκανε μια σημαντική ανακάλυψη: έθεσε σε παρατήρηση εκατοντάδες φορές, ένα  φωτόνιο που ήταν παγιδευμένο σε ένα κουτί.
Στη νέα τους δουλειά, οι ερευνητές προχώρησαν ακόμη περισσότερο: κατάφεραν να σταθεροποιήσουν ένα συγκεκριμένο αριθμό φωτονίων σε ένα «κουτί φωτονίων", μια κοιλότητα που σχηματίζεται από δύο υπεραγώγιμους καθρέφτες. Είναι το πρώτο ολοκληρωμένο πείραμα της κβαντικής σταθεροποίησης. Σε γενικές γραμμές, η σταθεροποίηση διασφαλίζει τη λειτουργία των συστημάτων που μας περιβάλλουν. Στην περίπτωση του φούρνου, όσο η ιδανική θερμοκρασία στο εσωτερικό του δεν έχει επιτευχθεί, ο φούρνος συνεχίζει να θερμαίνεται  ανάλογα μέχρι να φτάσει τη θερμοκρασία του θερμοστάτη.
Η μεταφορά αυτών των εννοιών στον μικροσκοπικό κβαντικό κόσμο αντιμετωπίζει ένα εμπόδιο: η μέτρηση - το θερμόμετρο - αλλάζει την κατάσταση του συστήματος. Η κβαντική σταθεροποίηση συνίσταται σε μια μέτρηση  που πραγματοποιείται με την έγχυση ατόμων, σε υπερευαίσθητους ανιχνευτές που υπάρχουν μέσα σε μία κοιλότητα. Η μέτρηση αυτή δεν καθορίζει τον αριθμό των φωτονίων, αλλά παρέχει μια αόριστη εκτίμηση. Ωστόσο, όπως σε κάθε κβαντική μέτρηση , τροποποιεί την κατάσταση της κοιλότητας. Μια οθόνη - ο θερμοστάτης - λαμβάνει υπόψη τις πληροφορίες αυτές καθώς και τη διατάραξη της μέτρησης και ελέγχει την συμβατική πηγή μικροκυμάτων -τις  αντιστάσεις του φούρνου. Με τον τρόπο αυτό, η κοιλότητα λαμβάνει ή επιστρέφει  σε μια κατάσταση όπου ο αριθμός των φωτονίων έχει ακριβώς την προβλεπόμενη τιμή.
Ο Αϊνστάιν είχε ένα όνειρο: να παγιδεύσει ένα φωτόνιο σε ένα κουτί για μια χρονική περίοδο περίπου ενός δευτερόλεπτου. Αυτή η κβαντική σταθεροποίηση επέτρεψε στην ομάδα LKB  να προχωρήσει ακόμη περισσότερο στην εκπλήρωση αυτού του ονείρου με τη διατήρηση, σε μόνιμη βάση, ένος συγκεκριμένου αριθμού φωτονίων . Το πείραμα αυτό αποτελεί ένα σημαντικό βήμα στον έλεγχο των σύνθετων κβαντικών καταστάσεων.

Πηγή : Physics org.com  
Mετάφραση : Τίνα Νάντσου