Атомы, конечно, не разговаривают, но они могут реагировать друг на друга. Это особенно верно для магнитных атомов. «В каждом атоме есть небольшой магнитный момент — спин. Спины влияют друг на друга, как стрелки компаса, когда вы сближаете их. Если вы толкнете один из них, они начнут двигаться вместе очень специфическим образом», — объясняет Сандер Отте, руководитель группы, проводившей исследование.
Согласно законам квантовой механики, каждый спин может быть одновременно направлен в разных направлениях, образуя суперпозицию. Это означает, что фактическая передача квантовой информации происходит между атомами, как своего рода беседа.
В больших масштабах обмен информацией между атомами может привести к интересным явлениям. Классическим примером является сверхпроводимость — эффект, при котором некоторые материалы теряют все электрическое сопротивление ниже критической температуры. Хотя это хорошо известно для простейших случаев, никто точно не знает, как этот эффект возникает во многих сложных материалах. Но несомненно, что магнитные квантовые взаимодействия играют ключевую роль. Чтобы попытаться объяснить подобные явления, ученые и заинтересованы в подслушивании «бесед» атомов.
Как проходил эксперимент
Ученые буквально поставили два атома рядом друг с другом, чтобы посмотреть, что происходит. Это возможно благодаря сканирующему туннельному микроскопу — устройству, в котором острая игла может исследовать атомы один за другим и даже переупорядочивать их. Исследователи использовали это устройство, чтобы разместить два атома титана на расстоянии чуть более одного нанометра — одной миллионной миллиметра — друг от друга.
Затем специалисты изменили спин одного из двух атомов с помощью внезапной вспышки электрического тока. К их удивлению, такой радикальный подход привел к прекрасному квантовому взаимодействию — спин второго атома перенял реакцию соседа.
«Главный вывод заключается в том, что мы смогли наблюдать, как атомные спины ведут себя в процессе взаимодействия», — замечает Сандер Отте. Он объяснил, что ученые ранее были в состоянии измерить силу различных атомных спинов и влияние этой силы на уровень энергии атома. Но новый эксперимент позволил им наблюдать это взаимодействие с течением времени.
Одна большая надежда экспериментальной физики заключается в том, что когда-нибудь исследователи смогут моделировать квантовые взаимодействия по собственному желанию, настраивая квантовую систему самостоятельно и наблюдая, как работает квантовая механика. Исследователи, по сути, сделали это, запустив определенное действие в одном атоме и наблюдая за реакцией соседнего атома.
Посмотрите на лучшие фотографии конкурса «Снимай науку!» в нашей галерее:
Это тоже интересно:
