Tuesday, 25. January 2022.
Unsko-sanski kanton -5° C Clear Sky
Search
Generic filters
Exact matches only
Search in title
Search in content
Search in excerpt
Filter by Custom Post Type
Velkaton
Melbourne
Chicago
London

2. Decembra. 2021. Zanimljivosti
Kako atomi postaju nevidljivi

Kad su atomi ohlađeni i sabijeni do maksimuma, njihova sposobnost rasipanja svjetlosti je smanjena, što ih čini manje vidljivim, potvrdili su fizičari. Nalazi pokazuju da se Paulijev princip isključenja, ne odnosi samo na elektrone, već i na atome.

Elektroni atoma raspoređeni su u energetske nivoe. Poput posjetioca koncerta, svaki elektron ima jednu stolicu. Zato ne može pasti u niži sloj atoma, pošto su sve stolice zauzete. Ta temeljna odrednica atomske fizike poznata je kao Paulijev princip isključivanja i objašnjava strukturu atomskog omotača, raznolikost periodnog sistema elemenata i stabilnost materijalnog svemira. Paulijev princip isključenja je kvantnomehaničko načelo prema kome se u atomu svaki elektron nalazi u drugom kvantnom stanju, tako da dva elektrona u kvantnom sistemu ne mogu imati sve kvantne brojeve jednake.

Paulijev princip objašnjava raznolikost hemijskih elemenata (foto: Pixabay) Paulijev princip objašnjava raznolikost hemijskih elemenata (foto: Pixabay)

Sada su fizičari s Masačusetskog instituta za tehnologiju posmatrali Paulijev princip, na potpuno nov način: otkrili su da njegov učinak može onemogućiti da oblak atoma raspršuje svjetlost, prenosi Science Daily.

Obično, kada fotoni svjetlosti prodiru u oblak atoma, čestice se odbijaju jedna od druge kao biljarske kuglice, rasipajući fotone u svim smjerovima koji svijetle i tako čine oblak vidljivim. Međutim, tim s MIT-a je primijetio da kada su atomi maksimalno ohlađeni i sabijeni, dolazi do izražaja Paulijev efekat, pa čestice imaju manje prostora za raspršivanje svjetla. Fotoni umjesto toga prolaze, a da se ne raspršuju.

U eksperimentima fizičari su posmatrali taj učinak u oblaku litijumovih atoma. Što su atomi bili hladniji i gušći raspršivali su manje svjetla i postajali su prigušeniji. Istraživači pretpostavljaju da bi, ukoliko bi uspjeli da temperaturu spuste do apsolutne nule, oblak atoma postao potpuno nevidljiv.

Rezultati tima, predstavljaju prvo posmatranje Paulijevog principa na blokiranje učinka raspršivanja svjetlosti atomima. Taj je učinak predviđen prije 30 godina, ali do sada nije zabilježen.

“Paulijevo blokiranje je dokazano i apsolutno je ključno za stabilnost svijeta oko nas”, kaže Wolfgang Keterle, profesor fizike na MIT-u. “Ono što smo primijetili je jedan vrlo poseban i jednostavan oblik Paulijevog blokiranja, a to je da sprečava atom u onome što bi svi atomi prirodno učinili: raspršili svjetlost. Ovo je prvo jasno zapažanje da taj učinak postoji i pokazuje novi fenomen u fizici.”

 

Kako atom postaje transparentan

Kada je Keterle došao na MIT kao postdoktorand prije 30 godina, njegov mentor, David Pričard predvidio je da će Paulijevo blokiranje potisnuti način na koji određeni atomi, poznati kao fermioni, raspršuju svjetlost.

Njegova ideja, uopšteno, bila je da se atomi ohlade do gotovo stanja mirovanja i stisnu u dovoljno čvrst prostor, da bi se ponašali kao elektroni u “spakovanim” energetskim nivoima, bez prostora za promjenu brzine ili položaja. Kad bi se na njih usmjerili fotoni svjetlosti, ne bi se mogli raspršiti i osvijetliti atomi.

Zbijeni i ohlađeni atomi, otimaju se ljudskom oku (foto:Pixabay) Zbijeni i ohlađeni atomi, otimaju se ljudskom oku (foto:Pixabay)

“Atom može raspršiti foton samo ako može apsorbirati snagu udarca, pomicanjem na drugu stolicu”, objašnjava Keterle, pozivajući se na analogiju sjedjenja u koncertnoj dvorani. “Ako su sve ostale stolice zauzete, atom više nema sposobnost da apsorbuje udarac i rasprši foton. Dakle, atom postaje transparentan.”

“Ovaj fenomen nikada prije nije bio uočen, jer ljudi nijesu mogli stvoriti oblake atoma koji bi bili dovoljno hladni i gusti”, dodaje Keterle.

 

Kontrolisanje atomskog svijeta

Posljednjih godina fizičari, uključujući one iz Keterleove grupe, razvili su magnetske i laserske tehnike kako bi atome spustili na najnižu temperaturu. Ograničavajući faktor, kaže, bila je gustina.

“Ako gustina nije dovoljno velika, atom još uvijek može raspršiti svjetlost skakanjem preko nekoliko stolica, dok ne pronađe malo prostora”, kaže Keterle. “To je bio ograničavajući faktor.”

U svojoj novoj studiji, on i njegove kolege koristili su tehnike koje su prethodno razvili kako bi prvo ohladili oblak fermija – u ovom slučaju poseban izotop litijumovog atoma, koji ima tri elektrona, tri protona i tri neutrona. Ohladili su oblak litijumovih atoma do 20 mikrokelvina, što je oko 1/100.000 temperatura međuzvjezdanog prostora.

Zatim je korišćen čvrsto fokusirani laser kako bi naučnici sabili ohlađene atome i zabilježili gustinu, koja je dostigla oko kvadrilion atoma po kubnom centimetru.

Istraživači su, potom, usmjerili drugi laserski zrak u oblak atoma, koji su pažljivo kalibrirali, tako da njegovi fotoni ne bi zagrijali ultrahladne atome ili promijenili njihovu gustinu, kako je svjetlost prolazila. Konačno, koristili su objektiv i kameru za snimanje i brojanje fotona koji su se uspjeli raspršiti.

Izbrojano je nekoliko stotina fotona, što je gotovo nevjerovatno. Iako je foton jako mala količina svjetla, oprema je toliko osjetljiva da ga naučnici mogu vidjeti kao malu mrlju svjetla na kameri.

Na nižim temperaturama i većim gustinama, atomi su raspršivali sve manje i manje svjetla, baš kao što je Pričardova teorija predvidjela. Na najnižoj temperaturi, na oko 20 mikrokelvina, atomi su bili 38 odsto prigušeni, što znači da su raspršili 38 odsto manje svjetla nego manje hladni i gusti atomi.

Sada kada je tim primijetio da Paulijevo blokiranje doista može uticati na sposobnost atoma da rasprši svjetlost, Keterle kaže da se ovo temeljno znanje može koristiti za razvoj materijala za suzbijanje svjetlosti, na primjer za očuvanje podataka u kvantnim kompjuterima.

“Kad god kontrolišemo kvantni svijet, kao u kvantnim kompjuterima, disperzija svjetlosti je problem, a to znači da informacije “cure” iz vašeg kvantnog kompjutera”, smatra Keterle. “Ovo je jedan od načina za suzbijanje rasipanja svjetlosti, čime doprinosimo opštoj temi kontrole atomskog svijeta”.

ZADNJE VIJESTI IZ Zanimljivosti

RTV VT ROYAL d.o.o.
Kulište 2, 77230 Velika Kladuša
Bosna i Hercegovina
T: (+387) 037 775 168
F: (+387) 037 775 159
E-mail
marketing.velkaton@gmail.com
© 2019 Royal d.o.o. Sva prava zadržana. Portal dizajnirao i razvio Cybervision