Американски учени за първи път успяха да заснемат свободно движещи се атоми, което открива нови хоризонти за изучаване на отдавна предсказани квантови феномени. Откритието е направено чрез изключително прецизна система за микроскопия, способна да замразява и снима отделни атоми, докато те свободно взаимодействат помежду си.
Изследователите от Масачузетския технологичен институт (MIT) са създали сложна камера с „атомна резолюция“, която първоначално поставя атомите в облак, където те могат да се движат свободно. След това, с помощта на лазерна светлина, атомите се „замразяват“ и се заснемат.
„Сега можем да наблюдаваме единични атоми в тези интересни атомни облаци и техните взаимодействия помежду им, което е забележително“, обяснява физикът Мартин Цвирлайн от MIT.
Тази нова техника позволява изучаването на веществата на най-малките възможни мащаби, в квантовия свят, и учените вече са успели да разгледат отблизо няколко редки квантови явления. Сред тях е състоянието, известно като кондензат на Бозе-Айнщайн, образувано от бозони, и двойките фермиони. Също така е директно заснета и т.нар. вълна на Дьо Бройл – феномен, описан за първи път от френския физик Луи дьо Бройл, който стои в основата на съвременната квантова механика.
„Досега съществуващите техники позволяваха да се наблюдава само общата форма и структура на облак от атоми, но не и отделните атоми вътре в него“, уточнява Цвирлайн. „Това беше като да наблюдаваш облак в небето, без да виждаш отделните водни молекули, които го съставят.“
Проследяването на атоми е изключително трудно, тъй като те са едва една десета от нанометър – приблизително една милионна част от ширината на човешки косъм. Именно затова са необходими сложни системи за микроскопия и визуализация.
След успеха на първоначалния експеримент учените планират да използват тази технология за изследване на други типове взаимодействия и поведения на атомите. Особен интерес представляват най-редките и малко изследвани явления като квантовия ефект на Хол, където електроните проявяват необичайни взаимодействия с магнитни полета.
„Когато виждате подобни изображения, всъщност наблюдавате в реалността неща, които доскоро съществуваха само в математическия свят“, казва физикът от MIT Ричард Флетчър. „Това е красиво напомняне, че физиката изучава реални, физически явления.“
Изследването е публикувано в авторитетното списание Physical Review Letters.