Κυριακή, 17 Φεβρουαρίου 2013

~ * Uncertainty at a grand scale * ~





Η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg, ένα δόγμα της κβαντομηχανικής, έχει αποδειχθεί σε κλίμακες ορατά με γυμνό μάτι. Η έρευνα, που περιγράφεται στο 15 Φεβρουαρίου Science, θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να ανιχνεύσουν μικροσκοπικές διαταραχές στον ιστό του χωροχρόνου που προκαλείται από τη συγχώνευση μαύρων οπών.

"Η αρχή της αβεβαιότητας έχει αποδειχθεί με πολλούς διαφορετικούς τρόπους, αλλά για να το δείτε σε ένα ορατό μηχανικό αντικείμενο είναι εντελώς φοβερό», λέει ο Keith Schwab, ένας φυσικός στο Caltech ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα. Εκτός από την αστροφυσική εφαρμογές, η μελέτη θα μπορούσε να οδηγήσει σε πρακτικές μεθόδους για την αποστολή και την επεξεργασία πληροφοριών από τους κβαντικούς υπολογιστές, προσθέτει.

1927 περίφημη αρχή Γερμανός φυσικός Βέρνερ Χάιζενμπεργκ της αβεβαιότητας δηλώνει ότι υπάρχει ένα θεμελιώδες όριο για το πώς ακριβώς μπορεί κανείς να μετρήσει τη θέση και την ορμή ενός αντικειμένου ταυτόχρονα. Για να αποδείξει τη θεωρία του, Heisenberg έδωσε το παράδειγμα του χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο για να εντοπίσετε ένα μόνο ηλεκτρόνιο. Για να γίνει αυτό θα απαιτούσε αναπήδηση του φωτός από το ηλεκτρόνιο. Το πρόβλημα, ανέφερε, ήταν ότι ακόμη και ένα ενιαίο φωτόνιο θα δώσει το ηλεκτρόνιο μια κλωτσιά, αλλάζοντας τη δυναμική της και ως εκ τούτου τη θέση του.

Αυτή η σύνδεση μεταξύ της θέσης και της ορμής συνήθως παίζει αμελητέο ρόλο σε αντικείμενα αρκετά μεγάλο για να είναι ορατό με γυμνό μάτι - άλλες επιδράσεις, όπως μεταδίδουν θερμότητα πολύ πιο δυναμική σε σωματίδια από ό, τι το φως που χρησιμοποιείται για τη μέτρησή τους. Παρ 'όλα αυτά, ο φυσικός Thomas Purdy και η ομάδα του στο JILA στο Boulder του Κολοράντο, θέλησε να αποδείξει την αρχή της αβεβαιότητας σε μια μεγάλη κλίμακα. Έτσι ορίζεται για τη μέτρηση της θέσης ενός ορατό αντικείμενο που αποτελείται από ένα εκατομμύριο δισεκατομμύρια άτομα με έναν πυροβολισμό λέιζερ που αποτελείται από 100 εκατομμύρια φωτόνια.

Η ομάδα Purdy ξεκίνησε δημιουργώντας ένα μικροσκοπικό τύμπανο χρησιμοποιώντας ένα σκελετό πυριτίου περίπου 0,5 χιλιοστά σε μια πλευρά κατά μήκος του οποίου τέντωσαν ένα εύκαμπτο δέρμα νιτριδίου πυριτίου. Για να εξαλειφθούν οι επιδράσεις της θερμότητας, οι ερευνητές ψύχεται το τύμπανο σε μία θερμοκρασία των 4 βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν. Η ομάδα συνέχεια προστίθεται μικροσκοπικά κάτοπτρα δίπλα σε κάθε όψη του τυμπάνου. Στη συνέχεια, οι ερευνητές φωτιά ένα λέιζερ και αφήστε το φως αναπήδηση μεταξύ των δύο κατόπτρων.

Καθώς το φως μπρος πίσω, τα περισσότερα από τα φωτόνια χτυπήσει το τύμπανο και μεταφέρεται ορμή πριν τελικά εισέρχονται έναν ανιχνευτή που υπολογισμένη θέση του τυμπάνου. Σύμφωνα με τη θεωρία του Heisenberg, το τύμπανο δονείται της τάξης των picometers, ή trillionths του μέτρου, λόγω της λίγο κλωτσιές από τα φωτόνια.

Ένα ζευγάρι αξίζει picometers »της αβεβαιότητας δεν μπορεί να μοιάζουν πολύ, στο πλαίσιο ενός αντικειμένου οκτώ τάξεις μεγέθους μεγαλύτερο, αλλά αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικό για μερικούς επιστήμονες που χρειάζονται εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις.

Σε ένα έργο στη Λουιζιάνα και την Ουάσιγκτον ονομάζεται βαρύτητας με συμβολόμετρο λέιζερ-παρατηρητήριο κυμάτων, ή LIGO, οι φυσικοί χρησιμοποιούν πειραματικές διατάξεις παρόμοια με της Purdy, αλλά πολύ μεγαλύτερη, για να κυνηγήσουν για τα κύματα βαρύτητας - κυματισμοί στον ιστό του χώρου που προκαλείται από τη συγχώνευση μαύρες τρύπες και άλλα ογκώδη αστρονομικά φαινόμενα. Κάθε συσκευή ΛΙΓΟ αποτελείται από ένα λέιζερ που είναι χωρισμένη σε δύο κάθετοι δοκοί. Το φως σε κάθε δέσμη αναπηδά ανάμεσα σε δύο καθρέφτες που χωρίζονται από τεσσάρων χιλιομέτρων. Ακριβώς όπως η ομάδα Purdy χρησιμοποίησαν ένα λέιζερ για να καθορίσει τη θέση του τυμπάνου, LIGO φυσικοί χρησιμοποιούν ακτίνες τους για τη μέτρηση της θέσης του κάθε καθρέφτη και έτσι την απόσταση μεταξύ τους.

Σύμφωνα με τη θεωρία του Αϊνστάιν της γενικής σχετικότητας, περνώντας ένα βαρυτικό κύμα θα πρέπει να προκαλέσει η μετρημένη απόσταση μεταξύ των κατόπτρων για να αλλάξει ελαφρώς - της τάξης του ενός δισεκατομμυριοστού του ενός δισεκατομμυριοστού του μέτρου - για την συνοπτικότερη στιγμές.

Όταν ο ΛΙΓΟ έργο ξεκίνησε το 2002, η ακρίβεια του πειράματος ήταν περιορισμένη από την τεχνολογία. Τώρα, όμως, οι μηχανικοί έχουν αναπτύξει τέτοια ακριβή όργανα ότι σύντομα θα βρεθούμε αντιμέτωποι με το διαχωρισμό των διακυμάνσεων απόσταση που απορρέουν από την πραγματική βαρυτικά κύματα (που δεν έχουν ακόμη εντοπίσει τυχόν) από αυτές που προκαλούνται από λεπτές λακτίσματα από το λέιζερ.

Purdy δήλωσε ότι το έργο της ομάδας του θα μπορούσε να οδηγήσει σε καλύτερη αισθητήρες που θα ελαχιστοποιήσουν τις διακυμάνσεις που επιβάλλονται από την αρχή του Heisenberg. "Θέλουμε να εξερευνήσετε τα όρια του τι οι αισθητήρες μπορούν να κάνουν», λέει.



http://www.sciencenews.org/view/generic/id/348298/description/Uncertainty_at_a_grand_scale




Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου