Olyan fénykép készült, ami korábban még sosem látott: megörökítették, ahogyan az atomok éppen interakcióba lépnek egymással.
Amerikai fizikusok először képesek voltak megörökíteni az önálló atomokat, ezzel feltárva, hogyan lépnek kölcsönhatásba a láthatatlan részecskék egymással a térben. E felfedezések új lehetőségeket nyithatnak meg a korábban ismeretlen kvantumjelenségek vizualizálásában.
A Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) kutatói igazi tudományos szenzációt produkáltak: vizuális bizonyítékokkal, azaz fényképekkel igazolták azokat a kvantumviselkedéseket, amelyeket eddig csupán elméleti síkon jósoltak meg. Bár korábban is készültek fényképek atomokról, a szakemberek különböző technikákat használva, legfőképp az abszorpciós képalkotás módszerét választották. E technika során a lézerfény az atomfelhőre vetül, és a keletkező árnyékot a kamera érzékelője rögzíti.
"Ezek a technikák lehetővé teszik, hogy lássuk az atomfelhő teljes alakját és szerkezetét, de magukat az egyes atomokat nem. Mindez olyan, mintha látnánk egy felhőt az égen, azonban az azt alkotó egyes vízmolekulákat nem" - mondta Martin Zwierlein, a MIT fizikaprofesszora.
A kihívást ezen a területen elsősorban a méretek jelentik: egy atom átmérője körülbelül a nanométer tizedrésze - ez az emberi haj vastagságának körülbelül egymilliomoda. A hajjal ellentétben azonban az atomok a kvantummechanika furcsa szabályai szerint működnek, ahol a pontos helyzet és a sebesség nem ismerhető egyszerre.
A MIT fizikusai kifejlesztettek egy teljesen új módszert, amelynek az atomfelbontású mikroszkópia nevet adták. Először egy lézersugár által létrehozott laza csapdába zárnak egy atomfelhőt. Ez a csapda egy helyen tartja az atomokat, ahol szabadon kölcsönhatásba léphetnek. A kutatók ezután egy fényrácsot villantanak fel, amely mintegy befagyasztja, azaz a helyükön rögzíti az atomokat. Ezután egy második lézer megvilágítja a szuszpendált atomokat, amelyek fluoreszcenciája felfedi azok egyedi helyzetét.
A fizikusok különféle atomok felhőinek vizualizálására egyedi technikákat alkalmaztak, melyek révén számos lenyűgöző jelenséget fedeztek fel. Például közvetlen megfigyelés alá vonták a bozonokként ismert elemi részecskéket, amelyek kvantumjelenségek során hullámformációkat alkotva csoportosultak. Továbbá, sikerült megörökíteniük a félspinű, szubatomi fermionok párosodását a szabad térben, ami kulcsfontosságú szerepet játszik a szupravezetés folyamatában. Ezek a felfedezések nem csupán tudományos szempontból izgalmasak, hanem új perspektívákat is nyújtanak a részecskefizika területén.
"Láthattuk az egyes atomokat ezekben az érdekes atomfelhőkben, és azt, hogy mit csinálnak egymással kapcsolatban, ami gyönyörű" - lelkendezett Zwierlein.
A fizikusok számára ezek a képek nem csupán technikai sikereket tükröznek, hanem valósággal új dimenziókat nyitnak a kvantumfizika megértésében. Olyan vizuális megerősítéseket kínálnak a kvantumjelenségekről, amelyek évtizedeken át elkerülték a közvetlen megfigyelés lehetőségét, ezáltal felfedve a természet eddig rejtett titkait.
A kutatók azt is tervezik, hogy új képalkotó vizsgálatukat még egzotikusabb kvantumviselkedések vizsgálatára használják, különösen a kvantum Hall-fizika területén, ahol az elektronok újszerű, korrelált viselkedést mutatnak mágneses mezők jelenlétében.
