Ερευνητές κατάφεραν να «λυγίσουν» άτομα σε ένα φαινομενικά ακατόρθωτο πείραμα!

Ερευνητές απέδειξαν ότι τα άτομα μπορούν να παρουσιάσουν κυματοειδή συμπεριφορά, αμφισβητώντας τις μακροχρόνιες υποθέσεις ότι πειράματα αυτής της φύσης ήταν αδύνατα και ανοίγοντας νέες πόρτες στην κβαντική φυσική. Το πείραμα χρησιμοποιεί άτομα και ένα μονοατομικό φύλλο γραφενίου (με πάχος ένα άτομο) για να αναπαραστήσει ένα κλασικό κβαντικό φαινόμενο: Την περίθλαση των σωματιδίων.

Η έρευνα αυτή θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για επαναστατικές τεχνολογίες, συμπεριλαμβανομένων των εξαιρετικά ευαίσθητων ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων. Η ιστορία αρχίζει πριν από αρκετές δεκαετίες, το 1927, όταν ο φυσικός George Paget Thomson αποκάλυψε ότι τα ηλεκτρόνια, όταν περνούν μέσα από ένα κρυσταλλικό πλέγμα, παράγουν ένα μοτίβο περίθλασης – ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της κυματοειδούς συμπεριφοράς.

Η ανακάλυψη του Thomson όχι μόνο του χάρισε το βραβείο Νόμπελ, αλλά και τροφοδότησε εξελίξεις όπως το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Για σχεδόν έναν αιώνα, οι επιστήμονες προσπαθούσαν να αναπαράγουν αυτό το φαινόμενο περίθλασης σε ένα ακατόρθωτο πείραμα με άτομα. Ωστόσο, οι παραδοσιακές μέθοδοι απαιτούσαν ειδικά κατασκευασμένα πλέγματα με σχετικά μεγάλα διάκενα, περιορίζοντας την ευαισθησία των σχημάτων που προέκυπταν.

Η ουσία του ζητήματος ήταν ότι η χρήση ενός κρυσταλλικού πλέγματος για τα άτομα κρίθηκε αδύνατη, επειδή τα άτομα υψηλής ενέργειας, που είναι απαραίτητα για τη διαδικασία, αναμενόταν να καταστρέψουν τον κρύσταλλο. Ωστόσο, οι ερευνητές του Γερμανικού Κέντρου Αεροδιαστημικής πέτυχαν τώρα το φαινομενικά αδύνατο.

Κατεύθυναν άτομα ηλίου και υδρογόνου υψηλής ενέργειας σε ένα φύλλο γραφενίου – ένα ενιαίο στρώμα ατόμων άνθρακα. Είναι αξιοσημείωτο ότι μετά από 100 ώρες έκθεσης, το γραφένιο δεν παρουσίασε καμία βλάβη και καταγράφηκε ένα διακριτό κυκλικό μοτίβο περίθλασης. Το πείραμα αυτό σηματοδοτεί την πρώτη επιτυχή επίδειξη ατομικής περίθλασης μέσω ενός κρυσταλλικού πλέγματος.

Το μυστικό έγκειται στην ενεργειακή δυναμική των ατόμων. Ανταλλάσσοντας ενέργεια με τα άτομα του γραφενίου χωρίς να γίνεται αντιληπτό, τα άτομα διατήρησαν τις ιδιότητες των κβαντικών κυμάτων τους. Ο Bill Allison από το Πανεπιστήμιο του Cambridge εξηγεί αυτό το φαινόμενο με μια παραστατική αναλογία: είναι σαν να ανοίγεις και να κλείνεις αθόρυβα μια πόρτα σε ένα γεμάτο δωμάτιο – κανείς δεν ξέρει ποια πόρτα χρησιμοποιήθηκε, διατηρώντας την κυματοειδή συμπεριφορά.

Οι επιπτώσεις είναι βαθιές. Η ανακάλυψη αυτή θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη ατομικών συμβολομέτρων με απαράμιλλη ευαισθησία, ανιχνεύοντας ενδεχομένως βαρυτικά κύματα πέρα από τις δυνατότητες της σημερινής τεχνολογίας. Οι επιστήμονες είναι αισιόδοξοι για τις πιθανές εφαρμογές της ατομικής περίθλασης, χαιρετίζοντας το πείραμα ως ένα τολμηρό άλμα προς τα εμπρός στην κβαντική έρευνα.

Το επίτευγμα αυτό όχι μόνο επαναπροσδιορίζει το τι είναι δυνατό στην κβαντομηχανική, αλλά αναδεικνύει επίσης τη διαρκώς εξελισσόμενη φύση της επιστήμης, όπου οι φαινομενικά ανυπέρβλητες προκλήσεις εμπνέουν καινοτομίες που διαμορφώνουν το μέλλον.

[via]