O ήχος ενός ατόμου

Posted on 15/09/2014

0


Δεξιά, ένα «άτομο» παράγει ηχητικά κύματα - κυματισμούς στην επιφάνεια ενός στερεού. Ο ήχος, γνωστός ως επιφανειακό ακουστικό κύμα  (Surface Acoustic Wave - SAW) ανιχνεύεται αριστερά από ένα «μικρόφωνο».

Δεξιά, ένα «άτομο» παράγει ηχητικά κύματα – κυματισμούς στην επιφάνεια ενός στερεού. Ο ήχος, γνωστός ως επιφανειακό ακουστικό κύμα (Surface Acoustic Wave – SAW) ανιχνεύεται αριστερά από ένα «μικρόφωνο». Σύμφωνα με τη θεωρία, ο ήχος συνίσταται από ένα ρεύμα κβάντων. To τεχνητό άτομο όπως αυτό που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές είναι ένα παράδειγμα ηλεκτρικού κυκλώματος, το οποίο μπορεί να φορτιστεί με ενέργεια και στη συνέχεια να την εκπέμψει με τη μορφή σωματιδίων.

Επιστήμονες του Πολυτεχνείου Chalmers χρησιμοποίησαν για πρώτη φορά ηχητικά κύματα για την επικοινωνία με τεχνητά άτομα. Με τη μέθοδό τους κατάφεραν να αναπαράγουν κβαντικά φαινόμενα στα οποία ο ήχος αντικατέστησε το φως, το συνήθη δηλαδή ύποπτο στα φαινόμενα του μικρόκοσμου.

«Ανοίξαμε μία νέα πόρτα που οδηγεί στον κβαντικό κόσμο, μιλώντας στα άτομα και ακούγοντάς τα», εξηγεί ο Περ Ντέλσινγκ ο οποίος ηγήθηκε της ομάδας των πειραματικών και θεωρητικών φυσικών που δημοσιεύει τα αποτελέσματά της στο επιστημονικό περιοδικό Science. «Στο μέλλον σκοπεύουμε να εκμεταλλευτούμε τους νόμους της κβαντομηχανικής και να δημιουργήσουμε ισχυρότερους υπολογιστές. Αυτό μπορούμε να το κάνουμε κατασκευάζοντας κβαντικά ηλεκτρικά κυκλώματα τα οποία για την ώρα μελετάμε και μαθαίνουμε να ελέγχουμε», συνέχισε ο Ντέλσινγκ.

Από τη στιγμή που ο ήχος ταξιδεύει με ταχύτητα πολύ μικρότερη από αυτή του φωτός, οι επιστήμονες έχουν όλο το χρόνο ώστε να αποκτήσουν τον πλήρη έλεγχο του συστήματος που μελετούν.

Εικόνα μικροσκοπίου: Το τεχνητό άτομο, γκρι-μπλε πάνω δεξιά, μπορεί να εκπέμπει και να απορροφά τον ήχο που κινείται κατά μήκος της επιφάνειας ενός μικροτσίπ. Η γκρι-μπλε δομή κάτω αριστερά είναι ο συνδυασμός ηχείο / μικρόφωνο που χρησιμοποιείται για την ακουστική επικοινωνία με το άτομο. Από τη στιγμή που ο ήχος ταξιδεύει με ταχύτητα πολύ μικρότερη από αυτή του φωτός, οι επιστήμονες έχουν όλο το χρόνο ώστε να αποκτήσουν τον πλήρη έλεγχο του συστήματος που μελετούν.

Ένα τεχνητό άτομο όπως αυτό που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές είναι ένα παράδειγμα ενός ηλεκτρικού κυκλώματος, το οποίο μπορεί να φορτιστεί με ενέργεια και στη συνέχεια να την εκπέμψει με τη μορφή σωματιδίων. Συνήθως τα σωματίδια αυτά είναι φωτόνια, όμως στην προκειμένη περίπτωση το άτομο ήταν σχεδιασμένο ώστε να απορροφά και να εκπέμπει ενέργεια στη μορφή ηχητικών κυμάτων.

Σύμφωνα με τη θεωρία, ο ήχος από το άτομο χωρίζεται κι εκείνος σε κβαντικά σωματίδια, το καθένα από τα οποία αντιπροσωπεύει τον ασθενέστερο ήχο που μπορεί να ανιχνευθεί. Από τη στιγμή που ο ήχος ταξιδεύει με ταχύτητα πολύ μικρότερη από αυτή του φωτός, οι επιστήμονες έχουν όλο το χρόνο ώστε να αποκτήσουν τον πλήρη έλεγχο του συστήματος που μελετούν, κάτι που ανοίγει νέες δυνατότητες στη μελέτη αυτών των διατάξεων.

H 100.000 φορές χαμηλότερη ταχύτητα του ήχου σε σχέση με το φως, υπονοεί επίσης και ένα μικρότερο μήκος κύματος, κάτι που σημαίνει πως τα άτομα με τα οποία αλληλεπιδρούν τα ηχητικά κύματα μπορούν να είναι επίσης μεγαλύτερα, δίνοντας περισσότερες επιλογές στους επιστήμονες που θέλουν να επιτύχουν απόλυτο έλεγχο της συμπεριφοράς των συστημάτων αυτών.

Εικόνα μικροσκοπίου:  Ζουμ στο  «άτομο» (με μωβ χρώμα το Superconducting Quantum Interference Device -  SQUID)

Εικόνα μικροσκοπίου: Ζουμ στο «άτομο» (με μωβ χρώμα το Superconducting Quantum Interference Device – SQUID)

Στο συγκεκριμένο πείραμα χρησιμοποιήθηκαν ήχοι με συχνότητα 4.8 GHz, κοντά δηλαδή στη συχνότητα των μικροκυμάτων, ή αλλιώς 20 οκτάβες πιο υψηλές συχνότητες από την πιο ψηλή νότα που μπορεί να παραγάγει ένα πιάνο. Σε μία τέτοια συχνότητα, το μέγεθος του ατόμου που ήλεγξαν οι ερευνητές ήταν της τάξης των 0.01 χιλιοστών του μέτρου, πολύ μεγαλύτερο δηλαδή σε σχέση με τα συνήθη άτομα.
naftemporiki.gr – www.chalmers.se