Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Kategoria: Kamery IP / Alarmy / Automatyka Bram
Montersi
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Kwantowe membrany do ultraprecyzyjnych pomiarów mechanicznych

ghost666 10 Sty 2017 19:56 2346 0
  • Kwantowe membrany do ultraprecyzyjnych pomiarów mechanicznych
    Zasady mechaniki kwantowej ograniczają precyzję pomiarów przemieszczenia, przyspieszenia i prędkości. Jeden z eksperymentów przeprowadzonych niedawno w Instytucie Nielsa Bohra miał za zadanie sprawdzić gdzie realnie znajdują się te granice. Naukowcy badali jak fluktuacje kwantowe wprawiają w ruch specjalną membranę podczas pomiaru. Taka membrana ma być uproszczonym modelem precyzyjnych sensorów kwantowych przyszłości. Rezultaty badań opublikowano w prestiżowym czasopiśmie naukowym Proceedings of the National Academy of Sciences.

    Wibrację strun czy membrany są podstawowym mechanizmem działania wielu instrumentów muzycznych. Ich częstotliwość - ton - uzależniona jest od długości i naprężenia tych elementów. Oprócz podstawowego tonu instrument generuje też inne, wyższe częstotliwości, co nadaje mu jego charakterystyczne brzmienie - dzięki temu odróżniamy gitarę od bębna czy skrzypiec. Identycznie jest dla nanoskopowych membran; niezależnie czy mówimy tutaj o orkiestrowym kotle czy ultracienkiej membranie mniejszej od milimetra.

    Jednakże nie wszystko jest takie same, jak komentuje profesor Albert Schliesser z Instytutu Nielsa Bohra. Zespół pod jego kierownictwem dokonał optycznych pomiarów wibracji nanoskopowej membrany i zbadał generowane przez nią 'dźwięki' - podstawowy ton i harmoniczne, rządzone dziwnymi prawami mechaniki kwantowej. Te właśnie zasady mówią też, że po prostu mierząc wibracje membrany także wprawiamy ją w ruch - ten 'bębenek' brzmi, gdy tylko się na niego patrzy!

    Kwantowy 'bęben' o wielu tonach

    Membrana zastosowana w opisywanych badaniach jest widoczna gołym okiem, ale mimo to zachowuje się jak obiekt kwantowy. Do dokładnego pomiaru przemieszczenia naukowcy wykorzystali laser. Badania wykazały szereg rezonansów membrany, tak jak się spodziewano. Częstotliwość wibracji przypada na zakres megaherców, ale mimo dużo większej częstotliwości muzyczne analogie mają tutaj zastosowanie - membrana 'brzmi' inaczej, zależnie od tego gdzie jest 'uderzona'.

    Ale nie brzmieniem kwantowego instrumentu naukowcy zainteresowani byli najbardziej. "Po pierwsze, problemem jest utrata energii wibracji, co prowadzi do kwantowej dekoherencji. Można to zrozumieć tak: w przypadku skrzypiec, jest pewien obiekt w rezonansie ze strunami, który wprawiany jest przez nie w wibracje i przejmuję energie struny - dzięki temu słyszymy dźwięk. Tutaj sytuacja jest odwrotna - nic nie przejmuje energii z układu, jest on idealnie odizolowany od otoczenia, dzięki czemu można obserwować kwantowe ruchy obiektu" tłumaczy prof. Schliesser.

    Kwantowe membrany do ultraprecyzyjnych pomiarów mechanicznych


    Aby możliwa była tak dobra izolacja od wibracji, naukowcy wykorzystali tzw. kryształ fononowy, który w pewnych częstotliwościach po prostu nie jest w stanie wibrować, wynika to z jego struktury. Został on opracowany i wytworzony przez doktorantkę profesora, Yeghishe Tsaturyan. Układ skonstruowany specjalnie do tego pomiaru był niezmiernie precyzyjny - pozwala on na pomiar przemieszczenia z dokładnością istotnie mniejszą niż średnica protonu (1 femtometr). Praca z tym układem nie jest prosta, bo całe otoczenie wibruje - pompy i inne elementy wyposażenia laboratorium ciągle drgają.

    Dzięki tym wszystkim zabiegom udało się jednakże zmierzyć kwantowe fluktuacje membrany, wywołane padającymi na nią kwantami światła laserowego oraz fluktuację 'brzmienia' membrany wywołaną fluktuacjami lasera.

    "Obserwacja i pomiar tych zjawisk jest niezwykle istotna, gdyż pozwala na tworzenie jeszcze precyzyjniejszych układów nanomechanicznych" komentuje prof. Schliesser. Idzie on też krok dalej i postuluje, że w przyszłości, dzięki zrozumieniu mechanizmu kwantowych fluktuacji tego rodzaju możliwe będzie obserwowanie zjawisk mechanicznych z jeszcze wyższą precyzją.

    Źródło: http://phys.org/news/2016-12-quantum-membranes-ultraprecise-mechanical.html#jCp

Szybka odpowiedź lub zadaj pytanie
Dziękuję Ci. Ta wiadomość oczekuje na moderatora.
 Szukaj w ofercie
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME