В сердце Флоренции, Италия, группа исследователей из Национального института квантовой науки и технологий (NQSTI), Университета Флоренции, Национального института оптики при Национальном исследовательском совете (CNR-INO), Европейской лаборатории нелинейной спектроскопии (LENS) и Национального института ядерной физики (INFN) создали уникальный экспериментальный прибор. Этот инструмент, детально описанный в журнале Optica, позволяет изучать тонкую грань между классической и квантовой физикой, наблюдая за наночастицами, подвешенными в лучах лазерного света.
Работа основана на феномене оптической левитации, когда сфокусированный лазерный луч способен удерживать микроскопические объекты в пространстве. Эта техника, получившая свое развитие в 1980-х годах и отмеченная Нобелевской премией по физике в 2018 году, присужденной Артуру Ашкину, стала основой для создания нового устройства. Под руководством Франческо Марина из Университета Флоренции и CNR-INO, ученые усовершенствовали метод, теперь позволяющий наблюдать за поведением материи как на классическом, так и на квантовом уровне.
Отличие от предыдущих исследований заключается в возможности одновременного изучения обеих областей физики, а не в их раздельном рассмотрении. Ключевым элементом эксперимента являются нано-осцилляторы — стеклянные наносферы, колеблющиеся вокруг точек равновесия с определенной частотой. Именно эти осцилляции позволяют ученым наблюдать и изучать поведение микроскопических объектов, переходящих от классических законов к квантовым.
Уникальность прибора проявляется в способности исследовать коллективные взаимодействия между наночастицами, что открывает новые горизонты для понимания сложных систем. Примечательно, что квантовое поведение наносфер описывается как «невероятно контринтуитивное», подчеркивая фундаментальные различия между поведением материи на макроскопическом и микроскопическом уровнях.
Техническая реализация эксперимента заключается в одновременной фиксации пары стеклянных наносфер с использованием лазерных лучей разного цвета. Это позволяет исследователям манипулировать частицами и наблюдать за их взаимодействием в высококонтролируемых условиях. Подвешивание нанообъектов в световом луче, а не на материальных носителях, гарантирует изоляцию частиц от внешних влияний, что имеет решающее значение для точных измерений.
Этот новый экспериментальный подход открывает захватывающие перспективы для изучения границ между классическим и квантовым мирами. Это особенно важно для понимания того, как законы физики изменяются при переходе от макроскопических объектов, которые мы видим и осязаем, к микроскопическим сущностям, где интуитивные представления бессильны.
Возможность изучения квантово-механических эффектов на макроскопических объектах позволяет пролить свет на фундаментальные вопросы физики. Это является важным шагом в развитии понимания сложной взаимосвязи между квантовыми законами и классической реальностью. Новое устройство, созданное во Флоренции, открывает возможность не только наблюдать квантовые явления, но и контролировать их, что в перспективе может привести к разработке новых технологий.
Работа флорентийских ученых подчеркивает важность междисциплинарного подхода и международного сотрудничества. Успех этого проекта демонстрирует, как объединение усилий ученых из разных областей может привести к прорывам в фундаментальной науке. Уникальный прибор для исследования перехода между классическим и квантовым мирами, созданный в Италии, способен изменить парадигму физических исследований и приблизить нас к глубокому пониманию устройства Вселенной.
Изображение носит иллюстративный характер
Работа основана на феномене оптической левитации, когда сфокусированный лазерный луч способен удерживать микроскопические объекты в пространстве. Эта техника, получившая свое развитие в 1980-х годах и отмеченная Нобелевской премией по физике в 2018 году, присужденной Артуру Ашкину, стала основой для создания нового устройства. Под руководством Франческо Марина из Университета Флоренции и CNR-INO, ученые усовершенствовали метод, теперь позволяющий наблюдать за поведением материи как на классическом, так и на квантовом уровне.
Отличие от предыдущих исследований заключается в возможности одновременного изучения обеих областей физики, а не в их раздельном рассмотрении. Ключевым элементом эксперимента являются нано-осцилляторы — стеклянные наносферы, колеблющиеся вокруг точек равновесия с определенной частотой. Именно эти осцилляции позволяют ученым наблюдать и изучать поведение микроскопических объектов, переходящих от классических законов к квантовым.
Уникальность прибора проявляется в способности исследовать коллективные взаимодействия между наночастицами, что открывает новые горизонты для понимания сложных систем. Примечательно, что квантовое поведение наносфер описывается как «невероятно контринтуитивное», подчеркивая фундаментальные различия между поведением материи на макроскопическом и микроскопическом уровнях.
Техническая реализация эксперимента заключается в одновременной фиксации пары стеклянных наносфер с использованием лазерных лучей разного цвета. Это позволяет исследователям манипулировать частицами и наблюдать за их взаимодействием в высококонтролируемых условиях. Подвешивание нанообъектов в световом луче, а не на материальных носителях, гарантирует изоляцию частиц от внешних влияний, что имеет решающее значение для точных измерений.
Этот новый экспериментальный подход открывает захватывающие перспективы для изучения границ между классическим и квантовым мирами. Это особенно важно для понимания того, как законы физики изменяются при переходе от макроскопических объектов, которые мы видим и осязаем, к микроскопическим сущностям, где интуитивные представления бессильны.
Возможность изучения квантово-механических эффектов на макроскопических объектах позволяет пролить свет на фундаментальные вопросы физики. Это является важным шагом в развитии понимания сложной взаимосвязи между квантовыми законами и классической реальностью. Новое устройство, созданное во Флоренции, открывает возможность не только наблюдать квантовые явления, но и контролировать их, что в перспективе может привести к разработке новых технологий.
Работа флорентийских ученых подчеркивает важность междисциплинарного подхода и международного сотрудничества. Успех этого проекта демонстрирует, как объединение усилий ученых из разных областей может привести к прорывам в фундаментальной науке. Уникальный прибор для исследования перехода между классическим и квантовым мирами, созданный в Италии, способен изменить парадигму физических исследований и приблизить нас к глубокому пониманию устройства Вселенной.
