|
Teorija kvantne fizike, pored izuzetne uspješnosti u opisu atomskog i subatomskog svijeta, rezultirala je i nizom konceptualnih problema (dvojna valno-čestična priroda tvari, problem lokalnosti nelokalnosti, problem mjerenja) oko kojih se već sedamdesetak godina vode bogate fizikalne i filozofske rasprave. Tijekom godina stvarani su mnogi "zamišljeni" eksperimenti u nastojanju razjašnjavanja tih problema. Danas, upotrebom lasera, hladnih atoma i atomskih stupica, neki od zamišljenih eksperimenta postaju dostupni u stvarnosti i predstavljaju temelj razvoja novih područja fizike. Jeste li čuli za kvantnu informatiku i kvantno računanje (*), kvantno šifriranje (*), kvantnu teleportaciju (*)? To su pojmovi "u razvoju" (vidi vremensku skalu), vrlo je vjerojatno da će ući u školske udžbenike trećeg tisućljeća (od 1.1.2001. naravno!), a vezu s naslovom ove stranice i tekstom koji slijedi možete dokučiti nakon surfanja. U postojećim pak knjigama i udžbenicima iz fizike za četvrti razred obično piše da se foton (kvant svjetlosti) ne može opaziti a da ga se ne uništi (apsorbira). Npr. u mrežnici našeg oka gdje se pretvara u signale električne i kemijske prirode, ili u tipičnom fizikalnom eksperimentu gdje se koristi fotoelektrični efekt u kojem se apsorbira u nekom metalu, i oslobođena energija pretvori u mjerljivu električnu struju. No i ta tvrdnja, o razaranju fotona, uskoro će se morati dopuniti. Opažanje pojedinačnih fotona uzastopce bez uništenja postigla je po prvi puta grupa prof. Sergea Harochea s Ecole Normale Superieure, Pariz. (vidi prikaz te vijesti: http://www.aip.org/news/physnews/1999/split/prm439-1.htm
Slika preuzeta od http://www.aip.org/physics/graphics/html/qnd.html
prikazuje Harocheovu eksperimentalnu postavu.
To je prva demonstracija eksperimenta tzv. kvantne neuništivosti (engl. Quantum non-demolition) QND na jednoj jedinoj čestici. Eksperimenata u kojima se pokušava osigurati da neizbježno smetanje koje mjerenje nameće ne utječe na vrijednost veličine koja se želi izmjeriti. Kako su to postigli? Opažanje fotona odigrava se u rezonatoru (cavity) koji tvore dva tanjurasta supravodljiva niobijeva zrcala razmaknuta 2.7 centimetara. Refleksivnost tih zrcala je izuzetno velika tako da foton koji uđe u rezonator odskače naprijed nazad i do 100 milijuna puta prije nego naiđe na neku nepravilnost i napusti rezonator. Na taj način fotoni su dovoljno dugo vremena "spremljeni" na jednom mjestu. Kao indikator da li u rezonatoru postoji foton ili ne, koristi se rubidijev atom pripremljen pomoću laserskog svjetla u vrlo visoko pobuđeno stanje (tzv. Rydbergovo stanje) koje karaktrerizira vrlo veliko vrijeme života. Pri prolasku kroz rezonator, tamo zatečeni fotoni mijenjaju fazu atomske valne funkcije ali ne dolazi do njihove apsorpcije. Kako se postiže ubacivanje takvih atoma-detektora, jedan po jedan u rezonator? U jednoj maloj posudi sa sičušnim otvorom (atomic oven) rubidijev metal se zagrijava i isparava. Para se širi kroz otvor (sapnicu) u vakuum komore u kojoj je smješten čitav uređaj. Pri tom dolazi do formiranja snopa atoma rubidija (kao što dolazi do formiranja vodenog mlaza pri otvaranju slavine). U tom snopu atomi se kreću različitim brzinama, ali prostorno vrlo usmjereno. Pomoću složenih laserskih tehnika moguće je iz tog snopa izdvojiti atome željene brzine i položaja i pobuditi ih u Rydbergovo stanje. Kad atomi prođu kroz rezonator mjeri se pomoću posebnog detektora njihovo stanje koje daje informaciju da li je foton u rezonatoru, a sve to bez njegova uništenja. Smatra se da je taj eksperiment važan korak na putu za postizanje zamršenih (spregnutih) (*) stanja mnoštva čestica, što je kamen temeljac (nije predizborni) u stvaranju kvantnog računala. |
|
|
|
|
Vidi također: Graham Collins, Scientific American, http://www.sciam.com/1999/1099issue/1099scicit2.html |
|
|
Pripremio:
Dr. Slobodan Milošević , Institut za fiziku, Zagreb, listopad 1999. |
