Spin lượng tử đã dịch chuyển một viên kim cương cỡ xentimét: bước đầu tiên tới chồng chập vĩ mô

Chỉnh sửa bởi: Svitlana Velhush

Tại phòng thí nghiệm của Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa (OIST), lần đầu tiên một hiệu ứng lượng tử đã trực tiếp dịch chuyển một vật thể nhìn thấy được bằng mắt. Các nhà khoa học đã khiến một viên kim cương cỡ xentimét, được treo lơ lửng phía trên một nam châm, chuyển động lên xuống dưới tác dụng của lực sinh ra bởi spin của các electron trong mạng tinh thể nguyên tử của nó.

Thí nghiệm dựa trên các tâm nitơ–trống, tức những khuyết tật trong tinh thể kim cương, nơi một nguyên tử cacbon bị thay thế bằng một nguyên tử nitơ và một lỗ trống. Những tâm này giữ các electron chưa ghép đôi, mà spin của chúng có thể bị phân cực bằng laser xanh lục. Khi được chiếu sáng theo xung, các spin sắp xếp sao cho những mômen từ tính bé xíu của chúng tạo ra một lực yếu nhưng có thể đo được.

Viên kim cương được treo trên một thanh cacbon nối với một tấm graphit lơ lửng phía trên các nam châm nhờ tính nghịch từ. Khi laser tắt, chuyển động là tối thiểu; khi bật laser, viên kim cương dịch chuyển vài chục picomét — một khoảng cách được giao thoa kế ghi nhận với độ chính xác tới từng picomét.

Khối lượng của vật thể lớn hơn tám đến chín bậc so với các thí nghiệm cơ học spin trước đây. Đây là lần đầu tiên một lực spin thuần túy lượng tử gây ra phản hồi cơ học cổ điển ở một vật thể chịu tác động của trọng lực.

Kết quả này mở đường cho việc kiểm chứng bản chất lượng tử của trọng lực. Để quan sát chồng chập vĩ mô, cần làm cho các vật thể bay lơ lửng trong chân không và dần dần tăng khối lượng của chúng cho tới khi các hiệu ứng trọng lực trở nên đáng chú ý.

Ngay hiện tại, thiết bị đã cho phép tạo ra những cảm biến siêu chính xác để tìm kiếm vật chất tối và sóng hấp dẫn. Bước tiếp theo là thêm một bậc độ lớn nữa về khối lượng, và khi đó các nhà thực nghiệm hy vọng sẽ tiến gần tới hiện thực hóa thực sự "con mèo của Schrödinger".

Như vậy, những thăng giáng lượng tử bé nhỏ của spin lần đầu tiên đã chạm tới thế giới của những sự vật hữu hình và vạch ra một cây cầu giữa cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng.

2 Lượt xem

Nguồn

  • First observation of quantum spins shifting a centimeter-scale object in the lab

Bình luận

Đọc thêm bài viết về chủ đề này:

Bạn có phát hiện lỗi hoặc sai sót không?Chúng tôi sẽ xem xét ý kiến của bạn càng sớm càng tốt.