Zaobserwowano efekt kwantowy, którego istnienie przewidziano 30 lat temu

Blokowanie Pauliego występuje, gdy chmura gęstego gazu kwantowego jest odpowiednio zimna, co sprawia, że staje się ona przejrzysta. Efekt ten został po raz pierwszy zaobserwowany w gazach składających się z tzw. fermionów.

Cząstki te są jednak objęte zasadą, w myśl której dwa identyczne fermiony nie mogą zajmować tego samego stanu kwantowego w danym układzie. Brian DeMarco z Uniwersytetu Illinois w Urbana-Champaign wyjaśnia, że ten sam efekt jest odpowiedzialny za to, iż nie przelatujemy przez podłogę, lecz się na niej utrzymujemy.

Czytaj też: Procesor kwantowy firmy IBM Eagle to pierwszy krok do detronizacji klasycznych superkomputerów

Jak dodała Amita Deb z Uniwersytetu Otago, wspomniany efekt kwantowy był teoretycznie przewidywany od ponad trzech dekad. Między innymi za sprawą badań prowadzonych przez jej zespół po raz pierwszy udało się go natomiast udowodnić w sposób eksperymentalny.

Łącznie badaniami na ten temat zajęły się trzy różne zespoły. Każdy z nich przeprowadził podobne eksperymenty z atomami schwytanymi w pułapki magnetyczne. Później zostały one schłodzone do temperatury bliskiej zera absolutnego, która wynosi -273,15 stopnia Celsjusza. W tym momencie pojawia się natomiast najważniejsza różnica w działaniach każdej z grup: użyły one innych atomów, choć uzyskane rezultaty okazały się podobne.

Blokownie Pauliego to efekt kwantowy związany z rozpraszaniem światła

Okazało się, że kiedy gazy były wystarczająco gęste i schłodzone, aby powstała ciecz Fermiego, to rozpraszanie światła było znacznie niższe. Każdy z zespołów badawczych doszedł do podobnych wniosków, co jest szczególnie ciekawe, jeśli weźmiemy pod uwagę fakt, iż ich podejście było dość zróżnicowane. Zdaniem Yaira Margalita z Massachusetts Institute of Technology, szczególnie trudnym elementem prowadzonych eksperymentów było jednoczesne uzyskanie wysokiej gęstości gazu i jego niskiej temperatury.

To, co zaobserwowaliśmy, jest bardzo szczególną i prostą formą blokowania Pauliego, polegającą na tym, że blokuje atom przed robieniem tego, co wszystkie atomy czynią naturalnie: rozpraszaniem światła. Była to pierwsza faktyczna obserwacja istnienia tego efektu […]

Wolfgang Ketterle,

Czytaj też: Kryształy czasu coraz bliżej. Mamy przełom w komputerach kwantowych? Nie tak szybko

Jeśli chodzi o potencjalne implikacje tego eksperymentu, to mówi się przede wszystkim o postępie w badaniu atomów w wysokoenergetycznych stanach, które doświadczają szybkiego rozpadu. Na przykład umieszczenie atomu wzbudzonego w cieczy Fermiego mogłoby sprawić, że będzie on dłużej niż normalnie przebywał w stanie wzbudzonym. Poza tym, dokonania autorów mogłyby również pomóc w przypadku komputerów kwantowych. Używane przez nie atomy mogą bowiem cechować się wysoką wrażliwością na światło. Właśnie dlatego przygotowanie części tych komputerów w cieczy Fermiego mogłoby obniżyć tę wrażliwość i zwiększyć stabilność urządzeń poprzez wydłużenie stanu wzbudzonego atomów.