İnqrid Fadelli tərəfindən , Phys.org

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Kiçik maqnitlər kimi davranan makroskopik spinlər ansamblının illüstrasiyası. Hətta belə böyük bir sistemdə belə, komandanın yanaşması sistemi xarici həyəcanlandırmadan siqnalları qeyd edərək, incə kvant spin dalğalanmalarını (dəyişən oxlarla göstərilib) aşkar edə bilirdi. Müəllif: Kuenstner və başqaları.

Kvant mexaniki təsirlərinin ətraf mühitdən gələn pozuntular, ümumiyyətlə səs-küy adlanan pozuntular tərəfindən asanlıqla pozulduğu məlumdur. Bu pozuntuları minimuma endirmək üçün fiziklər tez-tez bu təsirləri ətraf mühit səs-küyünün minimuma endirilə biləcəyi kiçik və diqqətlə idarə olunan sistemlərdə öyrənirlər.

Cons Hopkins Universitetinin tədqiqatçıları çox sayda spindən ibarət olan sistemlərdə (spinlər elementar hissəciklərin daxili bucaq impulsudur) kvant effektlərini öyrənməyə başladılar. Onların ” Nature Physics” jurnalında dərc olunmuş məqaləsində makroskopik spin ansambllarında kvant spin dalğalanmalarını birbaşa müşahidə etmək və onların zamanla təkamülünü dəqiq şəkildə izləmək üçün yeni bir yanaşma təqdim olunur.

Məqalənin baş müəllifi Aleksandr O. Suşkov Phys.org-a bildirib ki, “Kvant effektləri adətən fərdi kubitlərin dəqiq idarə oluna və ölçülə biləcəyi mikroskopik sistemlərdə müşahidə olunur və istifadə olunur”.

“Lakin, daha böyük kubit ansamblları sensor və metrologiya tətbiqləri üçün əhəmiyyətli üstünlüklər təklif edir. Çətinlik ondadır ki, kvant sistemləri böyüdükcə klassik səs-küy adətən kvant effektlərini üstələyəcək – daha böyük təcrübələrdən əldə edilən həssaslıqla kvant davranışını qorumaq qabiliyyəti arasında daxili bir gərginlik var.”

Suşkov və həmkarlarının son işləri, son illərdə aparılan digər genişmiqyaslı kvant ölçmələrindən, məsələn, çox sayda fotona əsaslanan qravitasiya dalğası detektorları tərəfindən toplanan ölçmələrdən ilham alır.

Onların məqsədi makroskopik sistemlərdə kvant dalğalanmalarını dəqiq ölçmək üçün yeni bir yanaşma tətbiq etmək idi ki, bu da ultra yüngül aksion qaranlıq maddəni axtarmaq üçün istifadə olunan detektorları təkmilləşdirməyə kömək edə bilər.Kiçik maqnitlər kimi davranan makroskopik spinlər ansamblının illüstrasiyası. Hətta belə böyük bir sistemdə belə, komandanın yanaşması sistemi xarici həyəcanlandırmadan siqnalları qeyd edərək, incə kvant spin dalğalanmalarını (dəyişən oxlarla göstərilib) aşkar edə bilirdi. Müəllif: Kuenstner və başqaları.

Makroskopik sistemlərdə kvant spin dalğalanmalarının müşahidəsi

Tədqiqatçılar aşkarlamanın kvant həddinə çatan yeni bir kvant ölçmə sistemi hazırladılar. Bu, əslində onların yanaşmasının həssaslığının o qədər yüksək olduğunu və kvant mexanikası qanunları ilə müəyyən edilmiş son həddinə yaxınlaşdığını göstərir.

Suşkov bildirib ki, “Təcrübə aparatımız son dərəcə həssas maqnit sahəsi detektoru olan SQUID (superkeçirici kvant müdaxilə cihazı) tərəfindən oxunan superkeçirici qəbuledici dövrə üzərində mərkəzləşib”.

“Nüvə spin nümunələrini (flüor-19 nüvələrini PTFE (Teflon) polimerində və hidrogen nüvələrini neylonda) bu dövrəyə qoşulmuş bir pikap rulonunun içinə yerləşdirdik. Bütün sistem durulaşdırma soyuducusu vasitəsilə 1 dərəcə Kelvindən aşağı, son dərəcə aşağı temperaturlara qədər soyuduldu.”

Kvant ölçmələrinin toplanması üçün bir çox mövcud yanaşmalar sistemi aktiv şəkildə stimullaşdırır və sonra bu həyəcandan yaranan siqnalları qeyd edir. Bunun əksinə olaraq, komandanın təklif etdiyi metod heç bir xarici həyəcana ehtiyac olmadan maqnit rezonans spektroskopiyası ölçmələrini toplayır (yəni, hissəciklərin maqnit xüsusiyyətlərini araşdırır).

Suşkov izah etdi ki, “Spinlərə radiotezlik impulsları tətbiq etmək əvəzinə (ənənəvi nüvə maqnit rezonans metodlarında olduğu kimi), dövrədə təbii olaraq baş verən istilik dalğalanmalarını yeganə hərəkətverici qüvvə kimi istifadə etdik”.

“Maqnit sahəsini fırlanma rezonans tezliyinin dövrəmizin rezonansı ilə uyğunlaşması üçün tənzimlədikdə, dövrənin xüsusiyyətlərində xarakterik dəyişikliklər, həm tezlik dəyişiklikləri, həm də fırlanmaların reaksiyalarından qaynaqlanan xətt eninin genişlənməsi müşahidə etdik.”

“Kriogen soyutma, yüksək keyfiyyətli faktorlu superkeçirici dövrələr və xarici elektromaqnit səs-küydən diqqətlə qorunma yolu ilə dövrənin istilik səs-küyünü spin kvant dalğalanmaları səviyyəsindən aşağı səviyyədə basdırmaqla fundamental kvant həddində həssaslığa nail olduq.”

Suşkov və həmkarları öz yanaşmaları ilə makroskopik sistemdə spinlərin yaratdığı maqnit siqnallarını aşkar etdilər. Xüsusilə, qeyd etdikləri ölçmələrin kvant mexaniki proqnozlarla mükəmməl uyğunlaşdığını aşkar etdilər.

Suşkov bildirib ki, “Ölçülmüş spin bucağı dalğalanmaları kvant mexanikasının proqnozunu dəqiq şəkildə izləyib. Onlar spinlərin sayı və polyarizasiyası ilə gözlənildiyi kimi miqyaslanıb və bu da bizim həqiqi kvant spin proyeksiya səs-küyünü aşkar etdiyimizi təsdiqləyib.”

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Spektroskopiyanın inkişaf etdirilməsi və qaranlıq maddə axtarışlarının məlumatlandırılması

İlkin sınaqlarda, bu tədqiqatçılar qrupu tərəfindən təqdim edilən kvant ölçmə sisteminin, səs-küylə gizləndiyi üçün aşkarlanması çox çətin olan böyük bir spin ansamblında kvant spin dalğalanmalarını aşkar etdiyi aşkar edildi.

Xüsusilə, yeni yanaşma keçmişdə tətbiq olunan digər ölçmə sistemləri ilə müqayisədə təxminən dörd dəfə daha yüksək dəqiqliyə nail oldu.

Suşkov bildirib ki, “Əvvəlki təcrübələr təxminən 100 milyard atom ehtiva edən atom buxar hüceyrələrində kvantla məhdud aşkarlama əldə etmişdi ; biz bunu təxminən 5 sekstilyon (5×10²¹) spinli bərk nümunəyə qədər genişləndirdik. Ölçülən ən kiçik dalğalanma bucağı cəmi 9 nanoradian idi ki, bu da olduqca dəqiq bir ölçüdür. Bu, Yerdən baxıldıqda təxminən Ayda dayanan bir insanın bucaq ölçüsüdür.”

Suşkov və həmkarları öz məqalələrində ölçmə sistemlərinin müxtəlif sahələrdə tətbiq oluna biləcəyini göstərirlər. Birincisi, bu sistem qeyri-invaziv maqnit rezonans spektroskopiyasını həyata keçirmək üçün istifadə edilə bilər və bu da tədqiqatçılara materialları və ya fiziki sistemləri dəyişdirmədən və ya narahat etmədən öyrənməyə imkan verir.

Suşkov bildirib ki, “Yanaşmamızla, ənənəvi NMR impulslarına dözə bilməyən partlayıcı, korrelyasiya olunmuş və ya yüksək həssas materiallar üçün vacib olan heç bir radiotezlikli həyəcan tətbiq etmədən materialları öyrənə bilərik “.

“Həmçinin, sistemi narahat etmədən qeyri-tarazlıq fırlanma vəziyyətinin hazırlanmasını həyata keçirərək və sonrakı termallaşmanı ölçərək 26 saatdan çox vaxt cədvəli ilə spin relaksasiyasını izləyə bilərik.”

Komandanın son səyləri üçün mühüm motivasiya, son dərəcə aşağı kütlələrə malik hipotetik hissəciklər olan ultra yüngül aksion qaranlıq maddəni axtarmaq üçün istifadə olunan detektorları inkişaf etdirmək idi. Kosmik Aksion Spin Presessiya Təcrübəsi və digər oxşar tədqiqat səyləri, bu hissəciklərin mövcudluğuna işarə edəcək kiçik spin dalğalanmalarını müəyyən edə bilən maqnit rezonans əsaslı metodlardan istifadə edərək aksionları axtarır.

Tədqiqatçılar tərəfindən hazırlanmış yanaşma, yüksək həssaslığı və böyük sistemlərdə zəif siqnalları aşkar edə bilməsi səbəbindən bu təcrübələrin aparılması üçün faydalı ola bilər. Bundan əlavə, bu, tezliklə makroskopik spin-sıxılmış vəziyyətlərdən istifadə edən yeni texnologiyaların inkişafına təsir göstərə bilər.

Suşkov bildirib ki, “Gələcək tədqiqatlar üçün bir neçə maraqlı istiqamətimiz var. Birincisi, dövrənin performansını və keyfiyyət amillərini qoruyub saxlaya bilsək, metodologiyamız daha yüksək fiziki temperaturda olan nümunələrə potensial tətbiq oluna bilər. Həm nümunə, həm də götürmə bobininin ölçülərinin artırılması kvantla məhdudlaşmış aşkarlamanı daha böyük fırlanma ansambllarına qədər genişləndirə bilər, baxmayaraq ki, bu, dövrə parametrlərinin diqqətlə idarə olunmasını tələb edir.”

Növbəti tədqiqatlarının bir hissəsi olaraq, Suşkov və həmkarları indi də yanaşmalarını aksion qaranlıq maddə axtarışlarına tətbiq edirlər.

Suşkov əlavə edib ki, ” Kosmik Aksion Spin Presessiya Təcrübəsi nüvə spinləri və hipotetik aksion hissəcikləri arasındakı qarşılıqlı təsiri axtarmaq üçün maqnit rezonans texnikalarından istifadə edir”.

“Kvant həddində spin ansamblının təkamülünü aşkar etmək qabiliyyətimiz, kvant xromodinamikasının aksion qaranlıq maddəsinin bu müəyyənedici qarşılıqlı təsirini axtarmağı gücləndirir və qaranlıq maddənin təbiəti, güclü CP problemi və inflyasiyanın enerji miqyası da daxil olmaqla fizikanın bir neçə fundamental sirrini həll etmək potensialına malikdir.”

Müəllifimiz İnqrid Fadelli tərəfindən sizin üçün yazılmış, Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Egan tərəfindən faktlar yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmişdir — bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu reportaj sizin üçün vacibdirsə, xahiş edirik ianə etməyi düşünün (xüsusilə aylıq). Təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Nəşr detalları

Stephen E. Kuenstner və digərləri, Makroskopik spin ansambllarının kvantla məhdud metrologiyası, Təbiət Fizikası (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03187-6 .

Jurnal məlumatları: Təbiət Fizikası 

Əsas anlayışlar

MaqnetizmSuperkeçiricilikRezonans texnikaları

© 2026 Science X Network