Berlian melayang yang berputar menjadi 1,2 miliar rpm dapat membuka rahasia gravitasi kuantum

Kedengarannya seperti sesuatu yang terkoyak dari halaman fiksi ilmiah: berlian kecil yang mengambang dalam ruang hampa, menghasilkan lebih dari satu miliar revolusi per menit, mengungkapkan petunjuk tentang sifat mendasar dari alam semesta. Tapi itulah yang telah dicapai oleh para peneliti dari University of Purdue, dan implikasinya meluas dari fisika kuantum ke jaringan gravitasi itu sendiri.

Berlian dalam Penerbangan: Eksperimen Quantum Kecepatan Tinggi

Di ruang vakum yang dikendalikan dengan cermat, para ilmuwan telah berhasil melayang nanodial, masing -masing dengan lebar 750 nanometer, dan mengubahnya menjadi 1,2 miliar rpm yang vertiginous. Ini bukan berlian biasa. Mereka dirancang untuk mengandung pusat nitrogen lowongan (NV), yang berperilaku sebagai kompas kuantum yang sangat sensitif. Pusat NV ini memungkinkan tim untuk mempelajari bagaimana tur elektron, properti kuantum, menanggapi gerakan dan Medan magnet.

Menggunakan konfigurasi canggih yang melibatkan medan listrik, balok laser dan perangkap gelombang mikro yang dipersonalisasi, tim tidak hanya membuat berlian ditangguhkan di udara, tetapi juga membaca status rotasi dengan ketepatan luar biasa. Ini adalah pertama kalinya bahwa langkah -langkah tersebut dibuat dalam berlian yang diisi secara kosong, dan perbatasan yang sama sekali baru dibuka dalam eksperimen kuantum.

Bagaimana berlian berputar mengungkapkan fisika yang lebih dalam

Jadi mengapa memutar berlian begitu cepat? Karena dalam mekanika kuantum, pergerakan mengubah segalanya. Dengan mengebom berlian yang melayang dengan laser hijau dan inframerah, para peneliti dapat mengamati bagaimana cahaya dipantulkan dan disebarkan dari permukaannya, seperti bola disko mikroskopis yang berubah dengan kecepatan hiper.

Rotasi ini memperkuat fenomena yang dikenal sebagai fase beri, pergantian aneh dalam fisika kuantum di mana partikel berperilaku berbeda tergantung pada bagaimana mereka bergerak. Eksperimen menunjukkan bahwa rotasi mengubah pergantian bit kuantum (qubit) dalam berlian, menawarkan peluang langka untuk mengamati bagaimana gerakan, belokan, dan cahaya berinteraksi dengan skala yang lebih kecil.

Mengapa kemajuan ini penting di luar laboratorium

Keberhasilan konfigurasi ini membuat fisikawan lebih mengesankan: itu bisa mengubah teknologi. Sistem yang diisi seperti ini memberikan lingkungan yang sangat bersih dengan gangguan minimal, yang membuatnya sempurna untuk membangun giroskop generasi berikutnya, sensor lapangan, dan alat komunikasi kuantum.

Upaya masa lalu untuk mengubah berlian vakum sering gagal karena sinyal pemintalan yang tidak stabil atau terlalu panas. Tetapi tim Purdue melampaui tantangan -tantangan itu dengan mengoptimalkan desain perangkap dan mengelola panas laser dengan hati -hati, mempertahankan suhu internal berlian di stabil 350 K. Ini berarti bahwa para ilmuwan sekarang dapat mengontrol keadaan belokan di lingkungan bertekanan rendah, langkah penting untuk mengeksplorasi tumpang tindih antara Mekanika kuantum dan teori gravitasi einstein.

Platform baru untuk mengeksplorasi gravitasi kuantum

Salah satu misteri fisika terbesar adalah bagaimana mendamaikan relativitas umum dengan teori kuantum. Berlian ini bisa membantu. Saat mengintegrasikan qubit ke dalam partikel yang berputar, para ilmuwan dapat mengukur suatu hari nanti bagaimana gravitasi mempengaruhi sistem kuantum, bahkan menciptakan overlay, di mana ada objek di banyak keadaan pada saat yang sama.

Dan bukan hanya teorinya. Angkatan Udara Amerika Serikat sudah mengeksplorasi partikel -partikel yang diisi untuk navigasi dan komunikasi yang aman, dan kemungkinan aplikasi sipil, dari sensor presisi hingga enkripsi kuantum, mulai terbentuk.

Perangkat keras yang dibangun dengan tangan memenuhi fisika tingkat tinggi

Di belakang sains ada rekayasa kreatif yang serius. Perangkap yang mendukung berlian dibangun dari safir berlapis emas, dengan elektroda tambahan untuk mengontrol posisi dan belokan. Simulasi perangkat lunak membantu tim memodifikasi setiap detail, memastikan levitasi yang stabil dan transmisi gelombang mikro yang efisien.

Mahasiswa PhD Kunhong Shen Dia membandingkan gerakan berputar dari bola benang kacau: input tegangan sampai melunakkannya menjadi kontrol yang tepat. Ini adalah campuran seni dan sains yang indah, dihidupkan oleh tim siswa, postdocs dan kolaborator yang bekerja di garis depan optomekanik yang melayang.

Langkah selanjutnya untuk mengungkap alam semesta

Eksperimen ini lebih dari sekadar pencapaian teknis: ini adalah visi masa depan di mana kita dapat membuktikan batas -batas cara yang sama sekali baru. Ketika kami terus mengeksplorasi hubungan aneh antara kuantum dan giliran gravitasi, belokan nanodiamonds bisa menjadi kunci dari beberapa penemuan terdalam di zaman kita.

Investigasi, diterbitkan di Komunikasi AlamIni adalah pengingat yang berani bahwa bahkan partikel yang lebih kecil, ketika mereka diberi kondisi yang tepat, mereka dapat membantu menjawab pertanyaan paling penting dalam sains.

Publikasi serupa