Quantum Dropleton: Weird New Particle Acts Like Liquid

{h1}

Fysikere har skabt en ny quasiparticle kaldet en dropleton- eller quantumdråbe, som virker som en væske og kan hjælpe med at sonde quantumverdenen.

Fysikere kan bruge år på at søge nye partikler til at belyse aspekter af naturens love, men et internationalt hold besluttede i stedet for at lave deres egne partikler.

Kaldet en dropleton eller kvante dråbe, den nyoprettede "partikel" er faktisk en kortvarig klynge af elektroner og positive ladninger kaldet "huller". Som andre såkaldte quasiparticles fungerer dråber som enkeltpartikler.

På Philipps Universitet i Marburg, Tyskland og Joint Institute for Lab Astrophysics ved University of Colorado, lavede forskere en agglomeration af elektroner og huller, der var større end nogen som tidligere blev skabt - 200 nanometer eller milliarder af en meter på tværs. Det er næsten stort nok til at se med et godt mikroskop, omkring en halvtreds tykkelsen af ​​en bomuldsfibre. Før nu havde fysikere skabt to-par grupper af elektroner og huller, men aldrig sådan en agglomeration, der kunne danne denne væskeformige kvantdråbe eller dråbe. [Wacky Physics: De fedeste små partikler i naturen]

Disse dropletoner opfører sig i overensstemmelse med kvantefysikkens regler, og det betyder, at forskere kan bruge partiklerne til at undersøge, hvordan lys interagerer med materie - en proces, der også styres af kvanteregler.

Fordi dråberne er så store, i partikelbetingelser, kan de måske også hjælpe fysikere med at lokalisere grænserne mellem kvanteverdenen af ​​den meget lille og klassiske verden af ​​den menneskelige skala, fysikerne rapporterer i den 27. februar udgave af tidsskriftet Nature.

Gør en dropleton

En Dropleton er en ny slags stabil partikelklynge i faststoffer, der er dannet i en lille korrelationsboble (dråber). Denne væskelignende partikeldråbe er skabt af lys og dens energi (vandret retning) har kvantiseret afhængighed af lysintensitet (lodret retning).

En Dropleton er en ny slags stabil partikelklynge i faststoffer, der er dannet i en lille korrelationsboble (dråber). Denne væskelignende partikeldråbe er skabt af lys og dens energi (vandret retning) har kvantiseret afhængighed af lysintensitet (lodret retning).

Kredit: Brad Baxley

Mackillo Kira, en professor i fysik ved Philipps University og kollegaer ved Joint Institute for Laboratory Astrophysics i Colorado fyrede hurtigt pulser af en ekstremt kraftig laser ved en blok af galliumarsenid, det samme materiale, der blev anvendt i rødt lys- emitterende dioder (LED'er). Hver puls varede mindre 100 femtosekunder, eller milliarder af en milliarddel af et sekund. Når lyset ramte galliumarsenidet, frigjorte atomer eller spændte elektroner, der flyttede rundt i galliumarsenidet som en gas eller plasma. Når de negativt ladede elektroner forlod deres steder rundt om atomerne, forlod de regioner med positive ladninger kaldet huller.

"På en måde er [dråber] partikler, hvis egenskaber i høj grad er bestemt af miljøet, hvilket gør dem så spændende," fortalte Kira WordsSideKick.com i en email. For eksempel fungerer halvledere bedst, siger Kira, fordi den måde, hvorpå deres elektroner er arrangeret, gør det lettere at ophøje dem.

Da dropleton er en kunstig partikel, der indeholder et antal elektroner, virker det som en super-stor elektron. Denne egenskab betyder fysikere kunne i det væsentlige ændre størrelsen af ​​en elektron til forsøg. "Dette gør det muligt for os at konstruere... en menneskeskabt masse for en elektron i stedet for universelle konstanten målt i ledig plads", fortalte Kira WordsSideKick.com i en email.

To gange to

Af alle de elektronhullede partikler, der er oprettet, er dette den første til nogensinde at holde nok par til at danne en væskelignende dråbe. [Flydende skulpturer: Blændende fotografier af faldende dråber]

Elektroner og huller, der har modsatte ladninger, har tendens til at danne par, kaldet excitoner. Disse par er velkendte for alle, der har brugt nogle typer solpaneler, der anvender specielle materialer til at adskille elektronhullet par, frigøre elektroner og generere strøm.

Excitonerne i dette forsøg var imidlertid meget mere energiske. De havde så meget energi, at de ville klumpe sammen i grupper som om de var vanddråber, der klamrede sammen. På det tidspunkt var de ikke længere excitoner bundet i par - de var dråber.

Elektronerne, ubundet fra enkelthuller, dannede en slags stående bølgemønster omkring dem. Det ligner de mønstre, som almindelige molekyler gør i væsker (tænk på en sten kastet i vandet og krusningsmønsteret skabt), sagde Kira.

Dråpletoner varer ikke længe, ​​kun 25 picosekunder eller trillioner af et sekund. Men det er faktisk relativt lang tid med hensyn til kvante-fysiske processer.

Kira tilføjede, at arbejdet tyder på flere interessante eksperimenter. For eksempel bliver fotonerne, der exciterer elektronerne til dannelse af dråber, indviklet med de enkelte excitonpar. Det betyder, at det er muligt at studere sådanne interaktioner, et løbende forskningsområde.

Desuden kan fysikere bruge dem til at studere opbevaring af kvantetilstande - potentielt nyttige ved udformning af kvantebaserede kommunikationsanordninger, hvor sådanne stater tjener som informationsbitene, fordi dråberne forvolder de fotoner, der anvendes til fremstilling af kvasipartiklerne.

"Den grundlæggende fysiske forståelse opnået fra disse undersøgelser kan forbedre vores evne til rationelt at designe optoelektroniske enheder", såsom fiberoptisk kommunikationsudstyr, sagde han.

Følg os @wordssidekick, Facebook & Google+. Originalartikel om WordsSideKick.com.


Video Supplement: Is This What Quantum Mechanics Looks Like?.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com