Simulasi mengungkapkan detail tentang bagaimana partikel berinteraksi – Sains Terkini

Dalam kehidupan sehari-hari, materi berperilaku dengan cara yang dapat diprediksi dan diharapkan. Jika Anda melempar bola, Anda menganggap itu akan bergerak ke arah tertentu dan memiliki recoil yang dapat diprediksi. Terlebih lagi, kekuatan yang diberikan pada satu objek tidak akan berdampak pada objek lain yang independen.

Tetapi dalam mekanika kuantum – fisika si kecil – aturannya sama sekali berbeda. Dalam sistem satu, dua, dan tiga partikel, aksi yang terjadi di satu titik dapat sangat memengaruhi atom. Para ilmuwan belum memiliki pemahaman penuh tentang hal ini tetapi, dengan menganalisis perilaku sistem ini dan yang lebih kompleks, mereka berharap menemukan wawasan.

Para peneliti dari Unit Sistem Quantum di Institut Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Universitas Pascasarjana Okinawa (OIST), bersama kolaborator di University College Dublin dan Durham University, mensimulasikan salah satu dari sistem ini, yang mengungkapkan keadaan kuantum – cara partikel mengatur diri dalam sistem terisolasi – itu tidak terduga. Hasilnya, diterbitkan dalam New Journal of Physics, dapat memiliki aplikasi untuk teknologi kuantum.

"Jika Anda melempar batu dari perahu, batu itu bergerak ke satu arah dan perahu itu bergerak ke arah lain," jelas Profesor Thomas Busch, yang memimpin Unit. "Dalam mekanika kuantum, kita dapat memiliki korelasi yang lebih kuat pada jarak yang jauh lebih besar. Ini seperti jika Anda mengenakan satu kaus kaki merah dan satu kaus kaki hijau, maka seseorang di Antartika, yang belum pernah Anda temui, harus melakukan hal yang sama. Dan pekerjaan kami telah menemukan keadaan baru dengan korelasi yang sangat kuat ini, yang dapat dikontrol dengan sangat baik. "

Bereksperimen dengan dua atom

Ketika para ilmuwan meneliti sistem makroskopis, mereka cenderung melihat banyak partikel – katakanlah 10 hingga 23 atom. Karena ada begitu banyak, mereka tidak dapat mengikuti setiap atom dan harus membuat asumsi. Untuk menghindari hal ini, para peneliti dalam penelitian ini menggunakan opsi lain.

"Kami mensimulasikan sistem dengan hanya dua atom," kata penulis pertama Ayaka Usui, Ph.D. siswa di Unit. "Ini memberikan blok bangunan sistem yang lebih besar, tetapi kita bisa mengendalikan semuanya dan melihat apa yang sebenarnya terjadi. Dan, untuk lebih mengontrol sistem ini, kita menganggap atom super dingin."

Pada suhu kamar, partikel bergerak sangat cepat. Semakin hangat, semakin cepat mereka bergerak. Dengan menggunakan pendinginan laser, atom-atom ini dapat diperlambat dan didinginkan hingga mencapai kecepatan hampir nol dan karenanya sangat dingin. Ini membuatnya lebih mudah bagi Ayaka dan rekannya untuk menggambarkan mereka dalam simulasi mereka.

Dalam sistem seperti ini, hal paling sederhana yang dapat dilakukan partikel adalah saling bertabrakan. Ini memaksa mereka untuk bergerak dan mengubah arah, tetapi partikel juga memiliki sesuatu yang disebut putaran. Putaran sebuah partikel mengarah ke atas atau ke bawah dan selanjutnya memengaruhi bagaimana ia bergerak – suatu efek yang disebut kopling spin-orbit. Ketika para peneliti mensimulasikan sistem dengan dua atom super dingin yang dipasangkan dengan spin-orbit, keadaan baru ini, dengan korelasinya yang sangat kuat, terungkap.

"Kami memiliki sistem dengan dua-partikel di mana Anda mendapatkan status ini dan yang dengan 10 hingga 23 di mana Anda tidak," kata Dr. Thomas Fogarty, Postdoctoral Scholar in Unit. "Di suatu tempat di sepanjang rantai panjang penambahan partikel ini, keadaan baru ini hilang."

Rekayasa wawasan lebih lanjut

"Di samping negara-negara baru, kami telah menemukan formula yang menggambarkan sistem ini dengan tepat," kata Ayaka. "Jadi sekarang, kita bisa merekayasa itu."

Dengan menemukan formula ini, para peneliti memiliki kendali atas sistem dan mereka sekarang berencana mengubah parameter untuk melihat dinamika sistem.

"Kita akan membagi sistem, jadi kita punya dua," kata Ayaka. "Kita bisa menggunakan korelasi kuat untuk membantu kita mengukur sistem. Jika kita menemukan satu atom di salah satu sistem, kita tahu yang lain juga ada di yang itu, tanpa mengukurnya, karena mereka berkorelasi erat."

Meskipun penelitian ini hanya berkonsentrasi pada aspek kecil dari apa yang dapat dilakukan mekanika kuantum, ia memiliki banyak aplikasi, kata Profesor Busch.

"Teknologi kuantum membutuhkan korelasi ini," jelasnya. "Negara-negara baru ini memiliki korelasi non-klasik terkuat yang kita tahu, dan kita dapat merekayasa mereka. Dengan penelitian ini, kita dapat membangun komputer yang lebih kuat. Kita dapat membuat perangkat pengukuran yang mengukur perbedaan kecil dalam gravitasi atau pulsa listrik di otak. Ada begitu banyak aplikasi untuk diusahakan. "

Bersama Ayaka Usui, Dr. Fogarty, dan Profesor Busch, penelitian ini melibatkan Dr. Steve Campbell dari University College Dublin dan Profesor Simon Gardiner dari Durham University.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.