fbpx

Udało się sfotografować kryształy Pauliego. Niemieccy badacze zainspirowali się polskimi fizykami

Naukowcy z Niemiec zaobserwowali po raz pierwszy w historii kryształy Pauliego – struktury atomów o geometrycznym ułożeniu. Istnienie kryształów przewidzieli kilka lat temu w swoich pracach teoretycznych polscy fizycy.

Inspiracja z Polski

Kryształy Pauliego udało się po raz pierwszy zaobserwować w ramach eksperymentu, który został przeprowadzony przez niemieckich badaczy. Pomysł był efektem inspiracji polskimi naukowcami i ich teorią. Badanie przeprowadziła grupa profesora Selima Jochima z Uniwersytetu w Heidelbergu w Niemczech. Ich odkrycie póki co jest dostępne, jako niezrecenzowany preprint publikacji.

– Kryształ Pauliego to układ kilku, kilkunastu, kilkudziesięciu atomów, tzw. atomów fermionowych. Mimo, że między tymi atomami nie działają żadne siły, to, jeśli umieści się je obok siebie – tworzą one wspólnie regularny układ geometryczny – wyjaśnił w rozmowie z PAP  prof. Jan Mostowski z Instytutu Fizyki PAN.

Eksperyment

Zaobserwowane przez niemieckich badaczy geometryczne struktury – utworzone przez atomy schłodzone do temperatury jednej milionowej kelwina powyżej zera absolutnego, umieszczone w odpowiednim polu magnetycznym – są dokładnie takie same, jak te przewidziane przez naukowców z Instytutu Fizyki PAN.

Polscy fizycy nie tylko wyznaczyli geometryczne formy tych obiektów dla różnej liczby atomów, ale również wskazali, na co należy zwrócić uwagę, aby wytworzyć i zaobserwować takie obiekty w ramach eksperymentu.

Badanie zostało przeprowadzone na atomach jednego z izotopów litu (Li6). Kryształy Pauliego mogą jednak być tworzone – co wynika z teorii – przez niektóre atomy fermionowe – w których suma neutronów, protonów i elektronów jest nieparzysta.

– W kryształach – np. soli, cukru czy diamentu – atomy, cząsteczki ustawiają się w regularną sieć. Dzieje się tak jednak, bo działają między nimi siły przyciągania, tworzą się wiązania chemiczne. A w kryształach Pauliego między atomami nie działają żadne siły. Atomy się nie przyciągają i nie odpychają, a mimo to ustawiają się w regularne kształty – powiedział prof. Jan Mostowski

Okazuje się, że nawet pozbawione oddziaływań atomy ustawiają się wobec siebie w bardzo regularne struktury.

– Chociaż więc wiemy, że tych oddziaływań między naszym atomami nie ma, to wygląda, jakby były – wyznał polski naukowiec.

Co ciekawe, atomy nie mogą się do siebie zbliżyć przez zasadę Pauliego. To ta sama zasada, która powoduje, że każdy kolejny elektron wokół jądra atomu musi ulokować się w innym, niezajętym jeszcze przez inne elektrony stanie.

Jak powstały obrazy kryształów Pauliego?

Eksperyment rozpoczął się od otwarcia pułapki pozwalającej na ekspansję kryształu bez zmiany jego kształtu. To wtedy należało wszystkie atomy jednocześnie sfotografować. Jedno zdjęcie to zbyt mało, aby odczytać geometrię kryształu Pauliego. Procedurę należało zatem powtórzyć dziesiątki tysięcy razy, a otrzymane zdjęcia nałożyć jedno na drugie po uprzednim, właściwym wzajemnym dopasowaniu.

Na każdym zdjęciu kryształy mogą być bowiem względem siebie przesunięte, obrócone i zniekształcone. Dopiero po takiej statystycznej analizie można zobaczyć kryształ Pauliego.

– To kolejna nieintuicyjna manifestacja tego, że nawet między nieoddziałującymi obiektami kwantowymi istnieją korelacje, które nie mają swoich odpowiedników w świcie klasycznym. Głębsze zrozumienie tych kwantowych korelacji leży u podstaw współczesnych technologii kwantowych, które w przyszłości niewątpliwie doprowadzą do wielkiego skoku technologicznego – poinformował w oficjalnym oświadczeniu Instytut Fizyku PAN.

 

Opracowanie: Kamila Gulbicka
Źródło: naukawpolsce.pap.pl

Foto:  na podstawie materiałów z IF PAN.

 

 

 

Dodaj komentarz