Ein atemberaubendes Bild zeigt, wie sich Atome in Quantenwellen verwandeln, genau wie Schrödinger es vorhergesagt hat
Zum ersten Mal überhaupt haben Physiker ein klares Bild einzelner Atome aufgenommen, die sich wie eine Welle verhalten.
Das Bild zeigt scharfe rote Punkte aus fluoreszierenden Atomen, die sich in unscharfe Klumpen aus Wellenpaketen verwandeln, eine beeindruckende Demonstration der Idee, dass Atome sowohl als Teilchen als auch als Wellen existieren – einer der Eckpfeiler der Physik. Quantenmechanik.
Die Wissenschaftler, die die Bildgebungstechnologie erfunden haben, veröffentlichten ihre Ergebnisse auf einem Preprint-Server arXivDaher wurde ihre Forschung noch nicht von Experten begutachtet.
„Die Wellennatur der Materie bleibt einer der auffälligsten Aspekte der Quantenmechanik“, schreiben die Forscher in ihrer Arbeit. Sie fügen hinzu, dass ihre neue Technik zur Abbildung komplexerer Systeme verwendet werden kann und Einblicke in einige grundlegende Fragen der Physik gibt.
Es wurde erstmals 1924 vom französischen Physiker Louis de Broglie vorgeschlagen und von Erwin Schrödinger erweitert nach zwei JahrenDer Welle-Teilchen-Dualismus besagt, dass alle quantengroßen Objekte und damit alle Materie gleichzeitig als Teilchen und Wellen existieren.
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Physiker interpretieren die berühmte Schrödinger-Gleichung normalerweise so, dass Atome als Pakete mit wellenartiger Wahrscheinlichkeit im Raum existieren, die dann bei Beobachtung in einzelne Teilchen zerfallen. Obwohl es verblüffend kontraintuitiv ist, wurde diese seltsame Eigenschaft der Quantenwelt schon oft beobachtet. Erfahrungen.
Um diese mysteriöse Dualität darzustellen, kühlten Physiker zunächst Lithiumatome ab Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt Indem man es mit Photonen oder Lichtteilchen eines Lasers bombardiert, um ihm seinen Impuls zu entziehen. Sobald die Atome abgekühlt sind, werden sie von weiteren Laserstrahlen als diskrete Strahlen in einem optischen Gitter gefangen.
Als die Atome abkühlten und eingeschlossen wurden, schalteten die Forscher das optische Netzwerk regelmäßig aus und wieder ein und dehnten die Atome von einem eingeschlossenen, partikelnahen Zustand in einen wellenartigen Zustand und dann wieder zurück aus.
Eine Mikroskopkamera zeichnete das Licht auf, das beim Wachstum und der Kontraktion der Atome zwischen den einzelnen Zuständen emittiert wurde, und erzeugte ein Bild scharfer Partikelpunkte innerhalb wellenartiger Striche, das die Schrödinger-Gleichung perfekt widerspiegelte.
„Diese Bildgebungsmethode besteht darin, das Netzwerk neu zu starten, um jedes Wellenpaket in eine Vertiefung zu projizieren und es wieder in ein Teilchen umzuwandeln – es ist keine Welle mehr“, so der Co-Autor der Studie Tariq erklärtDer Physiker am französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung und der École Supérieure in Paris sagte gegenüber WordsSideKick.com. „Sie können unsere Bildgebungsmethode als ein Mittel zum Abtasten der Intensität der Wellenfunktion betrachten, ähnlich den Pixeln in einer CCD-Kamera.“ Eine CCD-Kamera ist eine beliebte Art von Digitalkamera, die zur Aufnahme ihrer Bilder ein ladungsgekoppeltes Gerät verwendet.
Wissenschaftler sagen, dass dieses Bild nur eine einfache Demonstration ist. Ihr nächster Schritt wird darin bestehen, damit Systeme aus stark wechselwirkenden Atomen zu untersuchen, die noch nicht gut verstanden sind.
„Die Untersuchung solcher Systeme könnte unser Verständnis exotischer Materiezustände verbessern, wie sie beispielsweise im Kern extrem dichter Materie vorkommen NeutronensterneOder das Quark-Gluon-Plasma, von dem angenommen wird, dass es kurz nach seinem Erscheinen existierte die große Explosion„Sagte Yafsah.
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