Физики достигли квантового состояния для объекта обычного масштаба

Человеческому глазу большинство неподвижных объектов кажутся просто неподвижными и полностью покоящимися. Но если бы мы взяли квантовую линзу, позволяющую нам видеть объекты в масштабе отдельных атомов, то, что было яблоком, спокойно лежащим на столе, выглядело бы как бесчисленное множество вибрирующих частиц, очень сильно движущихся.

За последние несколько десятилетий физики нашли способы сверхохлаждать объекты, так что их атомы почти стали неподвижны или находятся в «основном движении».

На сегодняшний день физики переводят небольшие объекты, такие как облака из миллионов атомов или объекты нанограммового масштаба, в такие чистые квантовые состояния.

Теперь впервые ученые Массачусетского технологического института и других организаций охладили крупный объект обычного масштаба, чтобы он приблизился к его основному состоянию движения.

Объект не является осязаемым в том смысле, что он находится в одном месте, но представляет собой комбинированное движение четырех отдельных объектов.

Объект, который они стремились охладить, — это совместное движение четырех зеркал LIGO. «LIGO предназначен для измерения совместного движения четырех 40-килограммовых зеркал», — объясняют ученые. «Оказывается, вы можете математически отобразить совместное движение этих масс и думать о них как о движении одного 10-килограммового объекта».

«Объект», который исследователи охладили, имеет предполагаемую массу около 10 килограмм и содержит около 1х10²⁶, или около 1 октиллиона атомов.

Исследователи воспользовались способностью Лазерной интерфрометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) измерять движение масс с предельной точностью и сверхохлаждать коллективное движение масс до 77 нанокельвинов, что чуть меньше прогнозируемого основного состояния объекта в 10 нанокельвинов.

Вооружившись полной записью как квантовых, так и классических возмущений на каждом зеркале, исследователи применили равную и противоположную силу с электромагнитами, прикрепленными к задней части каждого зеркала. Эффект остановил коллективное движение, оставив зеркала с такой небольшой энергией, что они переместились не более чем на 10^-20 метров, что меньше одной тысячной размера протона.

Результаты представляют собой самый крупный объект, подлежащий охлаждению до состояния, близкого к его основному движущемуся состоянию. Ученые говорят, что теперь у них есть возможность наблюдать влияние гравитации на массивный квантовый объект.

«Никто никогда не наблюдал, как гравитация действует на массивные квантовые состояния», — говорят исследователи. «Мы продемонстрировали, как приготовить объекты килограммового масштаба в квантовых состояниях. Это, наконец, открывает дверь для экспериментального исследования того, как гравитация может влиять на большие квантовые объекты, о чем до сих пор только мечтали».

Исследование было опубликовано в журнале Science.