Valokvantin elämänkaari antautui tutkittavaksi

TS/<br />Valokvantti eli fotoni ehtii elämänsä aikana poukkoilla onteloresonaattorin keskellä olevien peilien välissä matkan, joka vastaa liki 20 edestakaista matkaa Turusta Utsjoelle.
TS/
Valokvantti eli fotoni ehtii elämänsä aikana poukkoilla onteloresonaattorin keskellä olevien peilien välissä matkan, joka vastaa liki 20 edestakaista matkaa Turusta Utsjoelle.

Jarmo Wallenius

Maineikkaan Wienin yliopiston kvanttioptiikan, kvanttinanofysiikan ja kvantti-informaation tutkijat sekä Kvanttioptiikan ja kvantti-informaation instituutti IQOQ järjestivät viikonvaihteessa 7.-10.6. ensimmäisen kerran "Modernin fysiikan Wienin symposiumin". Jatkossa joka toinen vuosi pidettävässä konferenssissa on huippuasiantuntijoiden ja nobelistien johdolla esitteillä uusimpia fysiikan perusteisiin - kvanttifysiikkaan, kosmologiaan, suhteellisuusteoriaan, kvanttigravitaatioon, luonnon vakioihin ja monimutkaisiin, kompleksisiin systeemeihin - liittyviä kokeellisia tutkimustuloksia ja teorioita.

Paikka, jossa ovat vaikuttaneet viime vuosisadan alussa muun muassa Erwin Schrödinger ja Ludwig Boltzmann , soveltuu symposiumin ideoineen professori Anton Zeilingerin mukaan mitä parhaiten kvanttifysiikan, painovoimateorioiden ja kompleksisuuden uusien ajatusten esityspaikaksi. Zeilinger toivoo myös filosofian paluuta takaisin fysiikan ja luonnon fundamentaalisista kysymyksistä ja käsitteistä käytävään keskusteluun. Tulevat suuret läpimurrot saattavat vaatia tiedeyhteisöiltä uudenlaista ajattelua ja vanhojen perinteisten käsitteiden uudelleenarviointia.

Kvantti-informaation juurilla

Edesmenneen John Bellin epäyhtälöiden rikkoutumisen mukainen filosofinen näkemys kvanttitodellisuudesta ja aine- ja valohiukkasten kvanttiominaisuuksien lomittumisesta toisiinsa pitkienkin välimatkojen päähän viestivät, että nykyaikaiset kvanttikokeet ovat tulevaisuuden kvantti-informaation ja kvanttiteknologian perustana.

Yksi Wienin symposiumin mielenkiintoisimmista esitelmistä koski valokvanttien elämänkaarta. Tavallisesti ajatellaan, että valohiukkasen voi nähdä ja todentaa vain kerran, koska ne yleensä tuhoutuvat mittaustilanteessa. Ainehiukkasia, esimerkiksi atomeja, voidaan puolestaan säilöä vaikkapa magneettiseen pulloon tai usean ristikkäisen lasersäteen muodostamaan loukkuun jopa vuorokausiksi, jolloin niitä voidaan preparoida monta kertaa valolla ja antaa sen jälkeen taas stabiloitua.

Pariisissa sijaitsevan Ecole Normale Superieuren atomifyysikot ovat äskettäin professori Serge Harochen johtamissa kokeissa kääntäneet tilanteen ylösalaisin. He ovat havainnoineet ja jäljittäneet rubidium-alkuaineen ns. Rydbergin tilan atomien avulla yksittäisten valohiukkasten elämää 0,13 sekunnin ajan. Sinä aikana valokvantti ehti tehdä koelaitteistossa matkan, joka vastaa liki 20 edestakaista matkaa Turusta Utsjoelle.

Huippukirkkaat peilit

Ranskalaisfyysikoilla oli tässä qnd- eli tuhoutumattomassa kvanttimittauksessa käytössään kuparista valmistettu, 2,7 senttiä pitkä onteloresonaattori. Ontelon päätyseinät, jotka oli päällystetty suprajohtavalla niobiumilla, toimivat huippukirkkaina ja hyvin heijastavina peileinä. Onteloa pidettiin vain 0,8 asteen päässä absoluuttisesta nollalämpötilasta eli lähellä - 273,15 celsiusastetta.

Tuossa lämpötilassa oli 50 prosentin todennäköisyys sille, että kyseiseen onteloon syntyi kerrallaan spontaanisti yksi valokvantti. Tämä valokvantti ehti poukkoilla miljardeja kertoja peilien välissä, ja Serge Haroche kumppaneineen teki 0,13 sekunnissa satoja mittauksia tällaisen fotonin ominaisuuksien muuttumisesta ennen sen tuhoutumista. Mittauksessa käytettiin kyseisiä Rydbergin atomeja, joita lähetettiin yksitellen peilipintojen välissä poukkoilevan fotonin reitin poikki.

Fotonin energia ei riitä virittämään Rydbergin atomien elektroneja, mutta sen sähkökenttä siirtää niiden energiatasoja. Tällainen fotonien jättämä käsialamerkki nähdään, kun atomeja mitataan ontelon ulkopuolella tarkalla spektrometrillä.

Seuraavaksi Serge Haroche ryhmineen aikoo Kastrel Brossel -laboratoriossa yrittää samaa useammalla samanaikaisella fotonilla. Tällöin valoa voitaisiin tutkia sekä yksittäisinä hiukkasina että sähkömagneettisena aaltona.

Ranskalaisten onnistunut koe osoittaa, että jos atomeja ajatellaan käytettävän kvanttitietokoneen kvanttibitteinä, atomien superpositiota eli atomin samanaikaista 0- ja 1-tilaa voidaan kontrolloida fotonin superpositiolla.

- Vaikka kvanttifysiikka on tehnyt mahdolliseksi tietokoneen, laserin ja magneettikuvauksen hyötykäytön, olemme yhä monasti ymmällämme kvanttiteorian käsitteiden kanssa, sillä ne ovat intuition ja arkijärjen vastaisia. Hyödynnämme kvanttimekaniikkaa monella tasolla, mutta olemme tänäkin päivänä Albert Einsteinin , Erwin Schrödingerin ja Louis de Broglien lailla hämillämme sen syvällisen merkityksen ja sen sisältämien outojen piirteiden parissa, sanoo Serge Haroche.

Haluatko käyttää

Osallistuaksesi keskusteluihin ole hyvä ja kirjaudu TS-tunnuksillasi

Olet kirjautuneena yritystunnuksella. Yritystunnuksella ei voi osallistua keskusteluihin.
Kirjoita uusi viesti
Viesti

Viesti lähetetty!

Keskusteluja julkaistaan arkisin kello 9–23 ja viikonloppuisin kello 8–22.
Virhe viestin lähetyksessä.
TS:n verkkokeskustelun säännöt

Uudet näkökulmat keskustelussa vievät asioita eteenpäin. Siksi Turun Sanomat kannustaa verkkosivuillaan aktiiviseen ja rakentavaan keskusteluun.

Verkkokeskusteluun osallistuminen edellyttää rekisteröitymistä (jonka pääset tekemään tästä). Rekisteröityminen ei edellytä lehden tilaamista.

Keskusteluun voit kirjoittaa omalla nimelläsi tai nimimerkillä. Suosittelemme oman nimen käyttöä, sillä on arvokasta seistä mielipiteidensä takana. Ole kriittisenäkin kohtelias ja kunnioita muita. Epäasiallinen käytös estää osallistumisen keskusteluun.

Turun Sanomien verkkokeskusteluun tulevat viestit tarkastetaan ennakolta. Siksi viestit julkaistaan viiveellä, ja julkaisusta päättää toimitus. Keskusteluja julkaistaan arkisin kello 9–23 ja viikonloppuisin kello 8–22. Toimitus voi lyhentää ja muokata kirjoituksia.

Kirjoittaja on juridisessa vastuussa viestinsä sisällöstä. Rasistisia, herjaavia tai ihmisten yksityisyyttä loukkaavia viestejä ei julkaista. Muista hyvät tavat, älä huuda äläkä kiroile.

Kirjoita napakasti. Emme julkaise yli 1 800 merkin viestejä. Pysy keskusteluketjun aihepiirissä. Älä yritä muuttaa aihetta. Tekstin yhteyteen voi liittää teemaan liittyviä asiallisia linkkejä, jotka toimitus tarkistaa ennalta. Mainoksia emme julkaise.

Verkon keskustelut ovat osa Turun Sanomien sisältöä, josta olemme vastuussa. Toimitus voi harkintansa mukaan sulkea keskusteluketjun.

Aiemmat viestit (1)

Vastaa
Fyysikko Robert
Kvanttipartikkelien aavekäyttäytyminen
Brobleema ratkeaa hyvin yksinkertaisesti!

"Normaali fysiikka" toimii, kuten suhteellisuusteoria, neljässä ulottuvuudessa. Kvanttiteoriaan tarvitaan viides ulottuvuus, jonka mukaanottaminen selittää partikkeleiden samanaikaisuuden millä etäisyydellä hyvänsä.

Looginen tulos teoriasta:

Ihminen voi matkustaa "päivässä" mille galaxille hyvänsä viidennessä ulottuvuudessa.
Haluatko käyttää
Olet kirjautuneena yritystunnuksella. Yritystunnuksella ei voi osallistua keskusteluihin.
Kirjoita vastaus viestiin
Viesti

Viesti lähetetty!

Keskusteluja julkaistaan arkisin kello 9–23 ja viikonloppuisin kello 8–22.
Virhe viestin lähetyksessä.
TS:n verkkokeskustelun säännöt

Uudet näkökulmat keskustelussa vievät asioita eteenpäin. Siksi Turun Sanomat kannustaa verkkosivuillaan aktiiviseen ja rakentavaan keskusteluun.

Verkkokeskusteluun osallistuminen edellyttää rekisteröitymistä (jonka pääset tekemään tästä). Rekisteröityminen ei edellytä lehden tilaamista.

Keskusteluun voit kirjoittaa omalla nimelläsi tai nimimerkillä. Suosittelemme oman nimen käyttöä, sillä on arvokasta seistä mielipiteidensä takana. Ole kriittisenäkin kohtelias ja kunnioita muita. Epäasiallinen käytös estää osallistumisen keskusteluun.

Turun Sanomien verkkokeskusteluun tulevat viestit tarkastetaan ennakolta. Siksi viestit julkaistaan viiveellä, ja julkaisusta päättää toimitus. Keskusteluja julkaistaan arkisin kello 9–23 ja viikonloppuisin kello 8–22. Toimitus voi lyhentää ja muokata kirjoituksia.

Kirjoittaja on juridisessa vastuussa viestinsä sisällöstä. Rasistisia, herjaavia tai ihmisten yksityisyyttä loukkaavia viestejä ei julkaista. Muista hyvät tavat, älä huuda äläkä kiroile.

Kirjoita napakasti. Emme julkaise yli 1 800 merkin viestejä. Pysy keskusteluketjun aihepiirissä. Älä yritä muuttaa aihetta. Tekstin yhteyteen voi liittää teemaan liittyviä asiallisia linkkejä, jotka toimitus tarkistaa ennalta. Mainoksia emme julkaise.

Verkon keskustelut ovat osa Turun Sanomien sisältöä, josta olemme vastuussa. Toimitus voi harkintansa mukaan sulkea keskusteluketjun.

Tee ilmoitus sopimattomasta viestistä

Ilmoituksesi on siirtynyt käsittelyyn.
Virhe ilmoituksen lähetyksessä.
  • «
  • 1
  • /
  • 1
  • »