Kogerent to'lqinlar

Hisob-kitoblar.
R2 \u003d (R-h) 2+ r2 \u003d R2-2Rh + h2 + r2
qayerdan:
2Rh \u003d r2 → h \u003d r22R
Ammo yo'l farqi ∆ \u003d 2s + λ2 \u003d 2r22R + λ2 \u003d r2R + λ2 ≈ l
R ≈11 ∙ 10-2 ÷ 12 ∙ 10-2 m, λcr \u003d 624 ∙ 10-9m, λcell \u003d 522 ∙ 10-9m.
Qizil uchun r30 \u003d 60del × 0.026 ∙ 10-3m \u003d 156 ∙ 10-5m
m \u003d 30 halqalar

Yashil uchun, r9 \u003d 57del × 0.015 ∙ 10-3m \u003d 85.5 ∙ 10-5m

m \u003d 9 halqalar

lcog \u003d ∆cr \u003d 156 ∙ 10-5212 ∙ 10-2 + \u200b\u200b314 ∙ 10-9 \u003d 2028 ∙ 10-8 + 31.4 ∙ 10-8 \u003d

20,6 ∙ 10-6 \u003d 20,6 mkm.

∆lcog cr \u003d 2rΔrR + ΔRr2R2 \u003d 2.4 ∙ 10-6m

log \u003d ∆g \u003d 85,5 ∙ 10-5212 ∙ 10-2 + \u200b\u200b261 ∙ 10-9 \u003d
6.4 ∙ 10-6 \u003d 6.4 mkm.

∆lcog yashil \u003d 0.7 ∙ 10-6m

τcog cr \u003d 20,6 ∙ 10-63 ∙ 108 ≈7 ∙ 10-14 s.
τcog yashil \u003d 6.4 ∙ 10-63 ∙ 108 ≈2.1 ∙ 10-14 s.

crvcr \u003d s lcogcr \u003d 3 ∙ 108 ∙ 20,6 ∙ 10-6 ≈6.2 ∙ 103 Hz

cellvcell \u003d s lco yashil \u003d 3 ∙ 108 ∙ 6.4 ∙ 10-6 ≈1.9 ∙ 103 Hz
Shunday qilib:
lcog cr \u003d (20,6 ± 2,4) ∙ 10-6m
lcog yashil \u003d (6.4 ± 0.7) ∙ 10-6m
Xulosa
Shunday qilib, kogerensiya uzunligi va muvofiqlik vaqtini hisoblashda kogerent to'lqinlarning chastota diapazoni olingan. Ushbu ma'lumotlar aralashish hodisasini kuzatish uchun sharoit yaratishga imkon beradi.
FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR RO'YXATI.
1.http: //fizika.spbstu.ru/forstudents/lectures/ivanov/opt2-2.pdf
2.http: //www.physbook.ru/index.php
3.http: //ru.wikipedia.org
4.http: //igor-krylov.narod.ru/Metodich/Meop_50.htm
5. http://femto.com.ua/articles/part_1/1665.html
6. Fizika. Optika va to'lqinlar. Ed A.S. Axmatova, Moskva 1973 yil
7. Savelyev. Umumiy fizika kursi. 2-jild. Moskva "Ilmiy" 1988 yil
8. Myakishev. Fizika 11-sinf. Moskva "Ma'rifat" 2008 yil
9. Demolar. Universitetlarga murojaat etuvchilar uchun fizika. Moskva oliy maktabi 2001 yil
10. Kasyanov. Fizika 11-sinf. Profil darajasi: Moskva 2004 yil
Bizni ma'lum o'lchamdagi narsalar o'rab turibdi; biz tanamiz qaerda tugashini aniq bilamiz va biz faqat bitta kresloda o'tirish qulay ekanligiga aminmiz. Biroq, juda kichik narsalar dunyosida yoki mikro-kvant dunyosida hamma narsa unchalik nasabiy emas: stul va stol atomlarning hajmidan o'n milliard marta kamayib, aniq chegaralarini yo'qotadi va hatto bir-biriga aralashmasdan kosmosda bir joyni egallashi mumkin. . Buning sababi shundaki, kvant olamidagi narsalar kosmosda cheklangan narsalarga qaraganda bir-birlariga kirib boradigan to'lqinlarga o'xshaydi. Shuning uchun, mikro-kvant dunyosida siz bitta stulda va uchtada va o'ntada o'tirishingiz mumkin.
Ishlar to'lqinlarga o'xshaydi
To'lqin xususiyatlarini eksperimental ravishda his qilish uchun ob'ektlar nafaqat kichik, balki juda sovuq, ya'ni atomlarning tartibsiz harakatlanish tezligini sezilarli darajada pasaytirgan holda ham amalga oshirilishi kerak. Shunday qilib, atomlarni Kelvinning milliarddan bir qismiga qadar sovutish kerak va makrokosmosdagi stol va stulning to'lqin xossalari juda past haroratlarda sezilib turishi kerak - 10-40 K sovuqroq.
To'lqinlarning ajoyib xususiyati bu ularning izchil qo'shilish qobiliyatidir. Kogerent degani izchil, tartibda vaqt yoki makonda bo'lish demakdir. Vaqtni muvofiqlashtiradigan tovush to'lqinlariga misol musiqa. Har bir ohang, uning balandligi, davomiyligi va kuchi bir-biri bilan aniq belgilangan.
Simfonik orkestrning dirijori yuzlab va hatto minglab tovushlardan tovush oqimining uyg'unligini diqqat bilan kuzatib boradi. Biz muvofiqlikning zaiflashishini noto'g'ri ovoz sifatida qabul qilamiz va uning to'liq yo'qolishini shovqin kabi qabul qilamiz. Aslida, moslik, shuningdek, ohangni notekis tovushlar to'plamidan ajratib turadi. Xuddi shu tarzda, kvant dunyosida ob'ektlarning to'lqin xususiyatlarining uyg'unligi ularga mutlaqo yangi xususiyatlarni berishi mumkin, ular nafaqat g'ayrioddiy, balki mavjud texnologiyalarni tubdan o'zgartira oladigan yangi materiallarni yaratish uchun muhimdir. So'nggi o'n yil ichida fizika sohasidagi Nobel mukofotlarining deyarli yarmi lazer nurlanishida (2005), sovuq atomlarda (1997, 2001), suyuq geliy (1996) va super o'tkazgichlarda (2003) o'zaro bog'liq hodisalar bilan bog'liqligi bejiz emas.
Fizika sohasidagi Nobel laureatlarining aksariyati uyg'un hodisalar uchun mukofotlarga sazovor bo'ldi: Pyotr Kapitsa (1978), Lev Landau (1962), Nikolay Basov va Aleksandr Proxorov (1964), Aleksey Abrikosov va Vitaliy Ginzburg (2003).
Yorug'lik uyg'unligi
Hamjihatlik tushunchasi XIX asr boshlarida ingliz olimi Tomas Yunning tajribalaridan so'ng shakllangan. Ularda turli manbalardan ikkita yorug'lik to'lqini ekranda tushib, yuqoriga ko'tarildi. Ikkita oddiy lampochkadan kelgan yorug'lik shunchaki rivojlanadi: ekranning yoritilishi har bir chiroq ichidagi yoritgichlarning yig'indisiga teng. Bu erda mexanizm bu. Lampochkalardan yorug'lik to'lqinlarida fazalar farqi vaqt o'tishi bilan tasodifiy ravishda o'zgarib turadi. Agar ikkita to'lqinli maksimum hozir ekrandagi bir nuqtaga etib kelgan bo'lsa, keyingi daqiqada bitta chiroqdan minimal, boshqasidan maksimal qiymat paydo bo'lishi mumkin. To'lqinlarning qo'shilishi natijasida "suvdagi izlar" paydo bo'ladi - beqaror interferentsiya tasviri. Yorug'lik to'lqinlari shu qadar tezki, ko'zlar unga qarab turmaydi va bir tekis yoritilgan ekranni ko'radi. Tovushlar dunyosiga o'xshab, bu shovqin.
Agar ekranga ikkita izchil to'lqin qo'shilsa, natija butunlay boshqacha bo'ladi (1-rasm). Bunday to'lqinlar osonlikcha bitta lazer nuridan olinadi, uni ikki qismga ajratib, keyin ularni katlaydilar. Keyin ekranda chiziqlar paydo bo'ladi. Yorqin - bu yorug'lik to'lqinlarining maksimal darajasi har doim bir vaqtning o'zida (fazada) keladigan ekranning sohalari. Ajoyib optik effekt shundan iboratki, yoritgich ikki marotaba ko'paymaydi, chunki to'lqinlar soni to'rtta. Buning sababi shundaki, har doim yorqin lentada to'lqin maxima qo'shilganda, ya'ni ularning amplitudalari va yoritish to'lqin amplitüdlarining yig'indisiga mutanosib bo'ladi. Xiralashgan diapazonlarda turli manbalardagi izchil to'lqinlar bir-birini bekor qiladi.
Endi fazaning bir nuqtasida ko'p izchil to'lqinlar kelishini tasavvur qiling. Masalan, ming to'lqin. Shunda yorug 'maydonning yoritilishi million baravar ko'payadi! Atomlarning soni taxminan 10 22 ga teng bo'lgan kogerent nurlanish lazer nurini chiqaradi. Uning ish printsiplarini ixtiro qilish 1964 yilda fizikadan Nobel mukofotini amerikalik Charlz Taunsga va ikki sovet fizikasi Nikolay Basov va Aleksandr Proxorovga berdi. 40 yil davomida lazer bizning kundalik hayotimizga kirib bordi, shu bilan biz, masalan, kompakt-disklardagi ma'lumotlarni saqlaymiz va katta masofalarga optik tola orqali uzatamiz.
Moddaning kogerent to'lqinlari
Bizning dunyomiz shu tarzda yaratilganki, materiyaning har bir zarrasi to'lqinning xususiyatlarini namoyish eta oladi. Bunday to'lqinlar materiya to'lqinlari yoki De Brogli to'lqinlari deb nomlanadi. 1923 yilda taniqli frantsuz fizigi Lui de Brogli to'lqin uzunligi λ (maxima orasidagi masofa) ni zarrachalar massasi m va uning tezligi v: λ \u003d h / mv bilan bog'laydigan juda oddiy formulani taklif qildi, bu erda h Plankning doimiysi.
Har qanday tabiat to'lqinlarining asosiy xususiyati aralashish qobiliyatidir. Biroq, natijada bir xil shovqinni olish uchun emas, balki yorug'likda bo'lgani kabi, yorqin lenta ham de Brogli to'lqinlarining uyg'unligini ta'minlashi kerak. Bunga termal harakat to'sqinlik qiladi - har xil tezlikdagi atomlar to'lqin uzunliklarida farq qiladi. De Brogli formulasiga muvofiq atomlar sovutilganda, to'lqin uzunligi λ ko'payadi (2-rasm). Va uning qiymati zarralar orasidagi masofadan oshib ketishi bilan turli zarralarning de Brogli to'lqinlari barqaror shovqin tasvirini beradi, chunki zarralar holatiga mos keladigan to'lqin maksimallari bir-biriga to'g'ri keladi.


Optik mikroskop yordamida de Broglie to'lqinlarining interferentsiyasi, agar ularning uzunligi taxminan 1 km bo'lsa, ko'rish mumkin. Buning uchun de Brogli formulasidan kelib chiqqan holda, atom tezligi taxminan 1 sm / s bo'lishi kerak, bu juda past haroratga to'g'ri keladi - bitta mikroelvindan kam. Ishqoriy metallarning atomlaridan biz bunday sovutilgan gazni tayyorlashga muvaffaq bo'ldik va bugungi kunda bu qiziqarli tadqiqot ob'ekti hisoblanadi. (Atomlarni past haroratlarga qadar qanday sovutish va ular asosida ultraprezmatik soatlar yaratish haqida "Chemistry and Life" 2001 yil 10-sonli maqolada keltirilgan. Izoh tahrirlangan1979 yilda Vladilen Letoxov boshchiligidagi SSSR Fanlar akademiyasining Spektroskopiya instituti sovet fiziklari asosiy g'oyalarni ilgari surdilar va amalga oshirdilar, buning asosida hozirda atomlar ultrabinafsha haroratgacha sovutiladi.
Moddaning aralashuvchi zarralari nima? Biz moddaning bir-biriga kirmaydigan qattiq mayda to'plar shaklida ifodalanishi mumkinligiga odatlanib qolganmiz. Va to'lqinlar, aksincha, bir-birini to'ldirishi va kirib borishi mumkin. Yorug'lik shovqiniga o'xshab, biz "ekrandagi yorug 'joy" ni olishimiz kerak - kosmosda materiya to'lqinlari maksimal bosqichga ko'tariladigan kichik bir maydon. Kutilmaganda, ko'plab, ko'plab atomlarning izchil to'lqinlari kosmosda bitta hududni egallab olib, superatomning bir turini - juda ko'p miqdordagi de Brogli to'lqinlarining to'plamini tashkil qilishi mumkin. Kvant mexanikasi tilida, bu "yorug 'nuqta" da kogerent atomlarni topish ehtimoli maksimal ekanligini anglatadi. Ushbu hayratlanarli holat Bose-Eynshteyn kondensati deb nomlanadi. Albert Eynshteyn buni 1925 yilda hind fizigi Chatyatranath Bose ishi asosida bashorat qilgan. Kondensatda barcha atomlar bir xil kvant holatidadir va bitta katta to'lqin kabi harakat qiladi.

Boss-Eynshteyn kondensatini (BEC) eksperimental ravishda 70 yildan keyin kuzatish mumkin edi: 1995 yilda bu haqda Amerika olimlarining ikki guruhi chop etgan. O'z tajribalarida atomlar natriy bulutidan yoki kondensatga magnit tuzog'iga ilingan rubidiy bug'idan tushdi. Ushbu kashshof ishlar 2001 yilda fizika bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'lib, Erik Kornel, Volfgang Ketterle va Karl Viyxmanga berilgan. Dekabr jurnalining muqovasida BEC-ga tushgan o'ta sovuq atomlarning xatti-harakatining yorqin majoziy tasviri ko'rsatilgan edi. Ilm 1995 yil uchun: markazda bir xil bo'lgan ko'k rangli kiborglar guruhi - bu nol haroratga ega BEC atomlari va issiq ranglarning kiborglari tasodifiy ravishda ular atrofida harakat qilishadi - bir oz isib ketadigan superkondensat atomlari. BEC-ga joylashtirilgan atomlarning o'zaro uyg'unligi W. Ketterle tomonidan Massachusets Texnologiya instituti hamkasblari bilan 1997 yil yorqin tajribasida namoyish etildi. Buning uchun magnit tuzoqni engil qism bilan ikkiga bo'lindi (3a-rasm). Natriy atomlari bulutlaridan ikkita kondensat tayyorlandi, shundan so'ng tuzoq va bo'linish o'chirildi: bulutlar kengayib, bir-birlariga yopisha boshladi. Ularning o'zaro to'qnashgan joyida kogerent lazer nurlarining shovqinlariga o'xshash aniq shovqin (3b-rasm) paydo bo'ldi (1-rasmga qarang). Uni ekrandagi atomlar buluti tomonidan tashlab yuborilgan soya kuzatdi - rasmda "zebra". 3b - materiyaning aralashib turgan to'lqinlarining soyasi; qorong'u mintaqalar atom to'lqinlarining maksimal darajasiga to'g'ri keladi. Ajablanarlisi shundaki, biz har xil kondensatlardan atomlarni qo'shsak, ularning yig'indisi nolga teng bo'lishi mumkin - "zebra" ning yorug'lik tasmasiga mos keladigan hududda "modda yo'qoladi". Albatta, aslida atomlar yo'qolib ketmaydi - ular shunchaki soya soladigan sohalarda to'planishadi.
Atomlarga qaraganda ko'proq massiv jismlar uchun to'lqin xususiyatlarining namoyon bo'lishini kuzatish mumkinmi? Siz qila olasiz. 2003 yilda Vena shahridagi Anton Zayingerning guruhi yuzga yaqin atomni o'z ichiga olgan fullerenlar va biomolekulalarning aralashuvini kuzatishga muvaffaq bo'ldi. Biror moddaning qancha katta zarralarini to'lqin xususiyatlarini kuzatish mumkin - savol bugun ochiq.
Atom lazer
Kvant fizikasi nuqtai nazaridan, atomlar va fotonlar bir-biriga o'xshashdir, chunki bu zarralarning katta miqdori bir vaqtning o'zida bir xil kvant holatida bo'lishi mumkin, ya'ni izchil bo'lishi mumkin. Masalan, lazer nurlanishida barcha fotonlar izchil: ular bir xil rangga, tarqalish yo'nalishiga va qutblanishga ega. Shuning uchun bitta holatda ko'p sonli fotonlardan iborat kuchli kogerent lazer nurlarini olish mumkin.
Va izohli atom nurlarini qanday olish mumkin? G'oya juda oddiy: BEC-da tutashgan atomlarni ehtiyotkorlik bilan olib tashlash kerak, xuddi shaffof nometall yordamida lazer nurlanishini rezonatoridan qanday chiqarish. Bunday qurilma atom lazer deb nomlangan. 1997 yilda birinchi atom lazer xuddi o'sha V. Ketterle tomonidan yaratilgan. Bunday lazerda ikkita bobinning magnit tuzog'i BEC hosil qiluvchi natriy atomlarini ushlab turadi. 5 millisekundlik davr bilan qo'llaniladigan radio maydonining impulslari atomlarning spiralini aylantiradi va endi ular tuzoqqa tushmaydilar. Eritilgan atomlarning bir qismi - atom lazerining nurlanishi, yuqorida tavsiflangan soya teatri usullari yordamida vizual ravishda tortilgan tortishish kuchi ta'sirida erkin tushadi. Bugungi kunda atom lazerlarining kuchi unchalik katta emas: ular sekundiga 10 6 atom chiqarmoqda, bu optik lazerlarning kuchidan beqiyosdir. Masalan, oddiy lazer ko'rsatgichi bir soniyada 10 9 baravar ko'proq foton chiqaradi.
Yengil bo'lmagan fotonlardan farqli o'laroq, atomlar dam olish massasiga ega. Bu shuni anglatadiki, tortishish kuchi ularga ko'proq ta'sir qiladi - materiyaning kogerent to'lqinlarining aralashishi atom nurlarini qaytaradigan tortishish maydoniga kuchli bog'liqdir. Ikkala izchil atom nurlari lazer nurlari singari ularning kesishgan joyiga aralashishiga yo'l qo'ying (1-rasmga qarang). Aytaylik, atom nurlaridan biri yo'lidagi tortishish maydoni o'zgargan. Keyin boshqa nur bilan uchrashishdan oldin bu nurning yo'l uzunligi ham o'zgaradi. Natijada, ikkita atom nurlari materiya to'lqinlarining eng ko'p o'zgarishi boshqa joyda uchrashadi va bu interferentsiya ko'rinishining o'zgarishiga olib keladi. Ushbu o'zgarishni o'lchash orqali tortishish maydonining o'zgarishini aniqlash mumkin. Ushbu g'oyadan kelib chiqqan holda, tortishish tezligi kattaligidagi farqni 10 dan 6% gacha aniqlashga qodir bo'lgan tortishish maydoni sensori yaratilgan. Ular fundamental tadqiqotlar uchun (fizik nazariyalarni tekshirish, konstantalarni o'lchash), shuningdek navigatsiya (aniq гирoskoplarni yaratish), geologiya (foydali qazilmalarni ohanglash) va boshqa fanlar uchun muhim bo'lishi mumkin. Masalan, ilmiy fantastika yozuvchilarining orasida tortishishdagi ozgina o'zgarishlarni o'lchash vositasidan foydalangan holda arxeologlar erning qalinligida ko'milgan obelisklarga muhrlangan yozuvlarni o'qiyotganda topish mumkin.
Kogerent modda
Ayniqsa qiziqarli ta'sir materiyaning kogerent to'lqinlarining xossalari kondensatlangan moddaning, ya'ni qattiq yoki suyuqlikning makroskopik xususiyatlari sifatida kuzatilganda paydo bo'ladi. Bunday xususiyatlarning yorqin misollaridan biri bu 2,2 K dan past soviganida suyuq geliydagi ortiqcha suyuqlikdir. Sovet fiziklari ortiqcha suyuqlikni kashshof tadqiqotlar olib borishgan: bu hodisa Piter Kapitsa tomonidan 1938 yilda kashf etilgan va Lev Landau tushuntirgan. Supero'tkazuvchi geliy juda katta tezlik bilan kichik teshiklardan oqib chiqishi mumkin: suvdan kamida 108 marta tezroq. Agar biz oddiy vannani ortiqcha suyuqlikli geliy bilan to'ldira olsak, unda u bir soniyadan kamroq vaqt ichida teshikdan mayda igna teshigidan oqib chiqib ketishi mumkin edi. 2004 yilda amerikaliklar Yun Sung Kim va Mous Chan qattiq geliyda ortiqcha suyuqlik topilgani haqida xabar berishdi. Ularning nozik tajribasi quyidagicha edi: taxminan 0,2 K haroratda bosim ostida bo'lgan qattiq sovutilgan geliy burulgan mayatnikka joylashtirildi. Agar geliyning bir qismi ortiqcha suyuqlik holatiga tushib qolsa, unda burilish tebranishlari chastotasi oshishi kerak, chunki ortiqcha suyuqlik tarkibiy qismi mayatnikning tebranishini osonlashtiradigan harakatsiz qoladi. Kim va Channing so'zlariga ko'ra, qattiq geliyning qariyb 1% supero'tkazuvchi holatga o'tgan. Ushbu tajribalar shuni ko'rsatadiki, atomlar supero'tkazuvchi qattiq jism orqali erkin harakatlanishi mumkin, shuning uchun u materiya massasini bexosdan o'tkazishga qodir: bunday dunyoda devorlardan o'tish istiqbollari juda aniq bo'lib ko'rinadi!
Ushbu ajoyib hodisani atomlarning to'lqin xususiyatlari bilan izohlash mumkin. To'lqinlar, zarralardan farqli o'laroq, yo'lidagi to'siqlarni chetlab o'tadilar. Buni ekrandagi ikkita yorug'lik nurlarining aralashishi misolida tushuntiramiz. Biz "zebra" ning yorug'lik chiziqlari mintaqasida teshiklarni kesib tashladik (shovqin naqshlari). Birgalikda yoritilgan yorug'lik bunday to'siqni sezmaydi: axir, ekran faqat «zebra» ning yoritilmagan qismlarida saqlanib qoladi. Agar nurlar izchil bo'lmasa, unda teshiklari bo'lgan bir tekis yoritilgan ekran muqarrar ravishda yorug'likning bir qismini kechiktiradi. Bundan biz materiyaning izchil to'lqinlari to'siqlarni yo'qotmasdan qanday engib o'tishini tushunishimiz mumkin.
Supero'tkazishga o'xshash yana bir g'ayrioddiy makroskopik kvant hodisasi bu super o'tkazuvchanlik bo'lib, u glandiyalik Xeyk Kamerling-Oness tomonidan 1911 yilda simobda suyuq geliyning haroratiga qadar sovutilganda kashf qilingan (Nobel mukofoti 1913). Supero'tkazuvchilar elektronlar to'siqlarni chetlab o'tib, qarshiliksiz harakatlanadilar, ularning roli atomlarning termal harakati. Masalan, o'ta Supero'tkazuvchilar uzukdagi oqim cheksiz oqishi mumkin, chunki hech narsa unga to'sqinlik qilmaydi. O'tkazuvchanlik bu elektron suyuqlikning supero'tkazuvchanligi deyishimiz mumkin. Bunday ortiqcha suyuqlik, masalan, lazer nuridagi fotonlar kabi ko'p miqdordagi zaryadlarning bir xil miqdordagi holatda bo'lishini talab qiladi. Ushbu talab taniqli shveytsariyalik fizik Volfgang Pauli tomonidan 1924 yilda o'rnatgan cheklovga to'g'ri keladi: agar zarraning spin soni elektron singari 1/2 ga teng bo'lsa, u holda faqat bitta zarracha kvant holatda bo'lishi mumkin. Bunday zarralarga fermionlar deyiladi. Bir kvant holatidagi butun spin uchun ixtiyoriy ravishda ko'p miqdordagi zarrachalar kondensatsiya qilinishi mumkin. Bunday zarralar boson deyiladi. Shuning uchun, o'ta Supero'tkazuvchi oqim uchun, butun zanjir bilan elektr zaryadining zarralari kerak. Agar bir juft elektron (fermion) kompozit zarra hosil qilsa, u holda juftning aylanishi butun son bo'ladi. Va keyin kompozit zarralar BEC hosil qila oladigan va o'ta Supero'tkazuvchi oqim bera oladigan bosonlarga aylanadi.
Biroq, bir-biriga bog'langan elektron juftliklar haqiqatan ham o'tkazgichlarda paydo bo'lishi mumkin, garchi Koulomb kuchlari elektronlarni bir-biridan qaytarsa \u200b\u200b- bu g'oya oddiy metallarda o'ta o'tkazuvchanlikni tushuntiruvchi nazariyani asosladi (Jon Bardin, Leon Kuper, Jon Shriffer, 1972 yil fizika bo'yicha Nobel mukofoti). yil).
Supero'tkazuvchanlik BEC

Shunday qilib, 20-asrning ikkinchi yarmida fiziklar BEC ortiqcha suyuqlik xususiyatlariga ega bo'lishi mumkinligini tushunishdi. Tabiiyki, BEC gazini olgandan so'ng, olimlar undagi ortiqcha suyuqlikni namoyish etadigan eksperimentlar g'oyasiga ega bo'lishdi. 2005 yilda V. Ketterle guruhi BEC gazining ortiqcha suyuqligining isbotini taqdim etdi. Tajribaning g'oyasi, supero'tkazuvchi suyuqlik aylanish paytida g'ayrioddiy harakat qilishiga asoslanadi. Agar biz suyuq suyuqlikni qoshiq bilan aralashtirishga qodir bo'lsak, chashka ichidagi kofe singari, u butunlay aylanmaydi, aksariyat mayda burishlarga aylanadi. Bundan tashqari, ular qat'iy tartibda, Abrikosov ayvonlari deb ataladigan panjara hosil qilishgan. Ushbu filigri eksperimentning sxemasi quyidagicha (4-rasm). Lazer nurlari va magnit maydon tomonidan ushlangan gaz kondensati qo'shimcha lazer nurlari bilan aylana boshladi; ular kondensatni qoshiq qilishadi - qahva kabi. Keyin tuzoq, ya'ni to'sinlar va lasan o'chirildi va kondensat o'z qurilmalariga qoldirildi. U kengayib, shveytsariya pishloqiga o'xshash soyani berdi (4b-rasm). "Pishloqdagi teshiklar" ortiqcha suyuqliklar bilan mos keladi. Ushbu tajribalarning eng muhim xususiyati shundaki, ular nafaqat bosonlar (natriy atomlari) gazida, balki fermionlar (litiy atomlari) gazida ham amalga oshirilgan. Lityum gazda supero'tkazuvchanlik faqat lityum atomlari molekulalari yoki kuchsiz juftliklar hosil bo'lganda kuzatilgan. Bu fermion gazining ortiqcha suyuqligini kuzatish edi. U Bose-Eynshteyn kondensatsiyasi g'oyasiga asoslanib, o'ta o'tkazuvchanlik nazariyasining mustahkam tajribaviy asosini yaratdi.
Fiziklar litiy atomlarini Feshbach deb ataladigan rezonans yordamida bog'lashda muvaffaqiyatga erishdilar, bu magnit bobinlari va lazer nurlari maydonlarining bir vaqtning o'zida harakatlanishi natijasida tuzoqda paydo bo'ladi. Magnit maydoni Feshbax rezonans mintaqasida sozlangan, bu gaz atomlari orasidagi o'zaro ta'sir kuchlarini sezilarli darajada o'zgartiradi. Siz atomlarni bir-biriga jalb qilishingiz yoki bir-biringizni qaytarishingiz mumkin. Fiziklar o'ta sovuq atom gazining xususiyatlarini boshqarishning boshqa usullarini o'ylab topishdi. Eng oqlanganlardan biri, atomlarni lazer nurlarining aralashadigan maydoniga joylashtirish - bu o'ziga xos optik panjaradir. Unda har bir atom interferentsiya chizig'i bantlaridan birining markazida bo'ladi (1-rasmga qarang), shunda yorug'lik to'lqinlari tuxumni ushlab turadigan shakl kabi materiya to'lqinlarini ushlab turadi. Optik paneldagi atomlar mukammal kristall model bo'lib xizmat qiladi, bunda ular lazer nurlarining parametrlarini atomlar orasidagi masofani o'zgartirish uchun ishlatadilar va Feshbax rezonansidan foydalanib, ular orasidagi o'zaro ta'sirni boshqaradilar. Natijada, fiziklar uzoq vaqtdan beri orzu qilgan - nazorat qilinadigan parametrlarga ega materiya namunasini olish. Olimlarning fikriga ko'ra, juda sovuq gaz nafaqat kristal, balki neytron yulduzlari va dastlabki olamning kvark-gluon plazmasi kabi ekzotik shakllarning ham modelidir. Shuning uchun, ba'zi tadqiqotchilar, ortiqcha sovuq gaz, koinot evolyutsiyasining dastlabki bosqichlarini tushunishga yordam beradi deb ishonishadi.
Kelishilgan kelajak
Supero'tkazuvchanlik va o'ta o'tkazuvchanlik hodisalari shuni ko'rsatadiki, de Brogli to'lqinlarining ko'p sonli zarrachalarning uyg'unligi kutilmagan va muhim xususiyatlarni beradi. Ushbu hodisalar oldindan aytilmagan, bundan tashqari, oddiy metallarda o'ta o'tkazuvchanlikni tushuntirish uchun deyarli 50 yil kerak bo'lgan. 1986 yilda nemis Yoxannes Bednorets va Shveytsariya Karl Myuller (1987 yilgi Nobel mukofoti) tomonidan 35 daraja Kelvin metall oksidi keramikasida kashf etilgan yuqori haroratli super o'tkazuvchanlik fenomeni, butun dunyo fiziklarining katta urinishlariga qaramay, hanuzgacha keng tarqalgan tushuntirishga ega emas.
Kvantli kvant holatlarini tarqatib bo'lmaydigan tadqiqotlarning yana bir sohasi bu kvant kompyuterlar: faqat shu holatda eng zamonaviy superkompyuterlar uchun imkoni bo'lmagan yuqori unumdorli kvant hisoblash ishlarini bajarish mumkin.
Shunday qilib, muvofiqlik bu katlanuvchi to'lqinlar orasidagi o'zgarishlar farqini saqlashni anglatadi. To'lqinlarning o'zlari boshqa tabiatga ega bo'lishi mumkin: yorug'lik ham, de Brogli to'lqinlari. Misol sifatida gaz BEC-dan foydalanib, biz mantiqiy materiyaning aslida odamlar uchun ilgari mavjud bo'lmagan materiyaning yangi shakli ekanligini ko'ramiz. Savol tug'iladi: materiyada kogerent kvant jarayonlarini kuzatish har doim juda past haroratni talab qiladimi? Har doim emas. Hech bo'lmaganda bitta juda yaxshi misol bor - lazer. Lazerning ishlashi uchun atrof-muhit harorati odatda ahamiyatli emas, chunki lazer termal muvozanatdan uzoq sharoitlarda ishlaydi. Lazer juda muvozanatsiz tizimdir, chunki unga energiya oqimi beriladi.
Ko'rinishidan, biz hali ham juda ko'p miqdordagi zarralarni o'z ichiga olgan kogerent kvant jarayonlarini o'rganishning boshida turibmiz. Hech qanday aniq javob topilmagan qiziqarli savollardan biri bu tirik tabiatda makroskopik izchil kvant jarayonlarning paydo bo'lishi. Ehtimol, hayotning o'zi materiyaning alohida holati sifatida kuchaytirilgan muvofiqlik bilan tavsiflanishi mumkin.