厲害不?創造出光與物質相互作用的新記錄!

2021-01-18 博科園
博科園：本文為物理學類

來自威斯特大學曼德爾斯塔姆理論物理研究所和法國格勒諾布爾的尼爾研究所的一個國際物理學家團隊，創造了一個微型超導電路，模擬原子吸收或發射光的量子力學過程。研究成果發表在《量子信息》(Quantum Information)上，裝置的獨特之處在於，他們實現了一種人造光與物質的相互作用。該團隊由法國國家科學研究中心尼爾研究所的尼古拉斯·羅克領導，實驗由博士生哈維爾·馬丁內斯和塞巴斯蒂安·萊格進行。

博科園：威茨大學的伊扎克·斯尼曼博士說，像我們這樣的人工設備優勢在於，它們很容易被調整，通過這種方式，可以模仿其他已知的強相互作用系統。一個令人興奮的應用是使用設備來模擬發生在一塊金屬內部的量子現象，在那裡不可能像在我們人工系統中那樣近距離地觀察正在發生什麼。該團隊通過將人造原子嵌入一組精心設計相同的微小超導體中，從而增強了光與物質的相互作用。每一種超導體的尺寸都在1000納米左右。對於人工原子發出或吸收的光來說，這看起來像一個晶體，它大大降低了光的傳播速度。因此，光脈衝與人工原子相互作用的時間更長，相互作用的結果也更強。

為了確定光與物質相互作用的強度，研究小組研究了原子發光的速度。將這個速度與人造原子軌道上的「電子」速度進行了比較。正常氫原子中的電子在衰變並發出一束光之前繞軌道運行約1000萬次，研究人員設法讓人造原子衰變，並在僅經過10次振蕩後發出一束光。這顯示了光和原子之間驚人的強相互作用，在之前實現這一壯舉的設備中，光必須通過的環境總是表現得類似於光的音叉，強烈傾向於單一的光頻率。由於沒有選擇特定的頻率(或顏色)，環境允許從光與物質的相互作用中產生比以前設備豐富得多的行為。

此外，對於一個給定的自然原子，人們被困在自然選擇的相互作用強度中，而在新裝置中，它可以用手調整。這類似於有一個應用程式，它允許人們調整質子或電子攜帶的電荷量，而不是滿足於自然界規定的標準電荷量。雖然這種新設備不一定會在現實世界中得到應用，但Snyman相信它為科學家們提供了一套新工具來探索強相互作用的量子力學系統。物理學中許多懸而未決的基本問題都涉及到強相互作用。例如，夸克如何結合形成質子和中子？像這樣的設備可能會為這些謎題提供線索。

博科園-科學科普｜研究/來自: 金山大學參考期刊文獻:《npj Quantum Information 》DOI: 10.1038/s41534-018-0104-0博科園-傳遞宇宙科學之美

博科園-請看更多精彩內容：

太厲害了！捕獲到納米粒子形成的實時原子級細節

一場能讓計量學家「失業」的計量革命！

這100項技術重要到能影響人類歷史進程？

相關焦點

  • 他是如何與物質相互作用的?
    思考量子化過程的一種方法是我們首先在數學運算符號代替了一些數值（這部分為純代數或微積分，新物理仍未引進）的基礎上重新構造（仍然是經典的）場的方程；然後，我們「求解」得到的算子值方程，包括並未在經典理論中出現的解，然後斷言（經觀察驗證）這些新的「無意義的」（憑直覺而不是數學意義）解精準地描述了自然，包括觀察到的所有與經典理論矛盾的量子行為。
  • 光子準粒子:光與物質的相互作用
    此外，本文還介紹了實現新穎的光與物質作用--光子準粒子相互作用的理論和實驗進展。例如，室溫強耦合，原子中的超快「禁止」躍遷和切倫科夫效應的新應用，以及超快電子顯微鏡的突破和緊湊型X射線源的新概念等。在研究這些激發是如何被電子（即光與物質相互作用）吸收和發射的時候，人們發現光子與光子準粒子的這些差異使得以前許多在自由空間中是很難甚至不可能實現的現象得以實現。例如，特定的光子準粒子可以將光子的尺寸壓縮到真空中光子波長的千分之一，體積壓縮到百萬分之一；如石墨烯和六角氮化硼等二維材料中的極化激元可以同時實現很高的空間約束和很低的光學損耗。
  • 小部分暗物質會相互作用
    同樣，常規物質支配著我們目之所及的幾乎所有東西，而暗物質，儘管以其無處不在的豐富性，幫助創造了星團和星系，促進了恆星的形成，但對我們今天周圍環境的直接影響十分有限。我們周圍的一切似乎都由常規物質負責。它讓我們身體得以運動，為我們的經濟提供能源；你正在閱讀這篇文章的電腦屏幕，以及你能想到的任何事物，也都由常規物質組成。
  • 量子場是什麼,它是如何與物質相互作用的?
    但是，接下來我們就要「計算出」上一步所形成的算子值方程，這其中包括經典理論中沒有的解法，並且要給出這樣的論斷（通過觀察證實）：這些「荒唐的」（從直覺角度而並非從數學角度來說）新解法能夠精確地描繪自然，能夠將所有可觀察到的，與經典理論相悖的量子行為全部囊括其中。
  • 出光興產專利年底到期 OLED藍光主體材料開發門檻或降低
    日本出光興產（Idemitsu Kosan）持有的OLED核心材料藍色主體發光材料的專利將於2018年到期。屆時，韓國和中國材料開發商的市場進入門檻將會降低。據業界消息，出光興產持有的藍色發光主體材料的核心專利將於今年下半年到期。
  • 場與物質之間的相互作用,是貫穿整個物理學反覆出現的主題!
    場與物質之間的相互作用，是貫穿整個物理學反覆出現的主題。經典情況，例如一個天體在其他天體引力場中運動的軌跡，或者電子在磁場中的運動，都是非常清楚的，並且可以驚人的精度做出預測。然而，當所涉及的粒子和場的量子特性必須顯式地考慮時，情況很快就變得複雜起來。此外，如果場取決於其中演化的粒子狀態，那麼即使是當今最強大的計算機，計算也可能變得遙不可及。
  • 大連相干光源首次出光
    當天，在經過相關專家嚴格的系統安裝工程驗收之後，項目專家在晚上21點30分鐘開始了自由電子雷射放大器出光調試，整個調試過程非常順利，22點50分，超過300兆伏能量的高品質電子束流終於依次通過自由電子雷射放大器的全部元件，總長18米的波蕩器陣列發出了第一束極紫外光。
  • CO2雷射切割雕刻機不出光檢修方法
    一、機器運行切割過程中突然不出光　　1、 檢查水箱是否報警　　A、報警，把水箱後面的進水口，出水口用一條水管連接，水箱通電，看是否報警。如果報警，水箱壞了。如果不警，則是雷射管水路不暢通，檢查水管是否折彎或被東西壓住，水箱裡的水是否有雜物（更換水箱的純淨水）。
  • One-77即將創造阿斯頓-馬丁新記錄
    （2009年 12月 22日，加敦）在超越所有預言並輕易地突破 200 mph的記錄之後，阿斯頓 •馬丁 One-77[綜述 圖片 論壇]超級跑車在初期高速測試中，又向創造英國汽車品牌新的歷史最高記錄邁進了一步。
  • 物理學家將15萬億個原子連接在一起,創造了一個新的記錄
    物理學家將一種15萬億個原子連接在一起，從而創造了一個新的記錄，這是一種稱為量子糾纏的奇異現象。這一發現可能是一個重大突破，它可以創造出更精確的傳感器來檢測時空中的波動，稱為重力波，甚至可以認為是遍布宇宙的難以捉摸的暗物質。
  • 量子物質中的量子和熱漲落相互作用，又有了新研究發現
    莫納什大學一項新的理論研究，提高了我們對量子物質中量子和熱漲落(或激發)之間相互作用的理解。研究發現，玻色-愛因斯坦凝聚體(BEC)中的雜質，在溫度升至零開爾文以上時顯示出有趣的能譜，基態準粒子分裂成許多分支，這取決於與玻色-愛因斯坦凝聚體周圍熱雲的相互作用，模型顯示準粒子分支的數量簡單地由熱雲空穴激發數量決定。
  • 根據物理學,宇宙本應是不可能存在的,因為物質與反物質相互作用
    這些粒子的共存是不可能的，因為它們會相互摧毀，但事實並不是這樣。對於科學家來說，我們擁有一個穩定的世界是最大的謎團。理論物理學認為，物質的任何粒子都有其反粒子，它們具有相同的質量和物理性質，但電荷符號不同。粒子和反粒子在歷史上，人們發現了帶負電荷的電子和帶正電子的正電子。
  • 物理學家計劃用光創造物質,逆向證明質能方程
    用光來創造物質在數十年前，科學家格雷戈裡·布萊特和約翰·惠勒提出，將光轉化為物質是可能的。然而，長期以來人們認為這超出了科學家的能力。不像沒有靜質量的光子那樣，電子和正電子都有很小的質量。到目前為止，試圖證明布萊特-惠勒過程的實驗還沒有成功，因為這需要使用大量的高能粒子。但在2014年，來自英國倫敦帝國理工學院的物理學家Steven Rose率領的研究團隊提出了一項不依賴於這些額外粒子的實驗計劃。目前，這個實驗正在進行中。
  • 基本物質的相互作用圖解（１）——初級作用
    首先我們要明白什麼是基本物質，我的基本物質是現代科學技術條件下的最小物質微粒，即正電子、負電子，統稱電子。正電子與負電子、正電子與正電子、負電子與負電子之間的相互作用是隨著距離的減小而增強的，這與兩種電子的物理尺寸在直接關係，即相互作用的輻射面會隨著距離的變化而產生相應的變化，這種變化無論宏觀上與微觀上的物質相互作用都是嚴格遵循的。
  • 空腔導致光與物質之間的強烈相互作用
    由於原子的尺寸很小，因此實現單個光子和單個原子之間的相互作用是一項巨大的挑戰。但是，通過反射鏡將光子多次發送通過原子會顯著增加相互作用的可能性。為了產生光子，研究人員使用了人造原子，稱為量子點。這些半導體結構由成千上萬個原子的累積組成，但行為卻非常像單個原子：當它們被光激發時，它們的能態發生變化，並發出光子。
  • 基本物質的相互作用圖解（4）——同性的複合作用
    很多自然現象都是基本物質複雜複合作用，複合作用往往被很多人簡單地定義為基本屬性，現象與屬性不分的主要原因是不了解其產生的根本原因。被當成屬性的現象有慣性、萬有引力、電磁力、核力。這些所謂的屬性背後都有產生的根本原因——基本物質複雜的複合作用。　　再怎樣的複雜的複合作用都離不開最簡單的基本物質相互作用，但是我們必須循序漸進進認識複雜的複合作用。
  • 光電子技術是光子、電子與物質相互作用,是光波段的電子技術
    物質、能量、信息，是人類認識客觀世界的三個層面。物質是一切的載體，能量是物質的存在方式，信息連接著客觀世界與主觀世界，而信息的變化和傳輸則伴隨著能量的轉換。光電子技術，是光子、電子與物質相互作用，能量相互轉換的技術，是光波段的電子技術。它涉及光的產生，光的調製、傳輸、檢測、顯示與存儲技術。光電子技術，貌似包羅萬象，領銜主演卻只有兩個，一個是雷射，另一個是光纖。
  • 7個用「生命」創造吉尼斯記錄的人:最後一個讓人有點擔憂
    7個用「生命」創造吉尼斯記錄的人：最後一個讓人有點擔憂說起吉尼斯記錄，我們很多人都會想起央視一檔節目，這節目好像是朱迅主持的，記錄全世界各地方的人來挑戰世界吉尼斯紀錄的比賽過程，可以說非常驚奇刺激，冒險又好玩，因為吉尼斯運動說白了就是一種對自我的挑戰
  • 泰坦上的粒子相互作用支持尋找新物理學發現
    這些核過程的直接計算可以為高能物理學，核科學和天體物理學等領域提供新的基礎信息，包括早期宇宙形成的物質及其與暗物質和宇宙大尺度結構的關係。可以觀察到的是，這種無中微子的過程對物理學家來說是非常有意義的，因為它可能會導致超出當前被稱為標準模型的粒子物理模型的新發現。標準模型是宇宙中除了引力之外的所有已知的亞原子粒子和基本力的描述，在實驗中一再地「」舉起來」。然而標準模型並不完整，因為它不能完全解釋科學家在宇宙尺度上觀察到的東西。質子與質子融合的概念性說明，其中兩個質子融合形成氘核。
  • 利用光子晶體提高InP基LED出光效率
    本文主要研究利用光子晶體的帶隙結構提高LED的出光效率。利用時域有限差分法從理論上分析了晶格常數的改變對禁帶位置變化的影響以及相應的對LED出光效率的影響，利用半導體工藝的方法製備出了光子晶體結構，從實驗上驗證了光子晶體提高LED出光效率的效果。