Közel 60 évvel ezelőtt Nikolaas Bloombergen Nobel-díjas fizikus megjósolta egy új jelenséget, az úgynevezett nukleáris elektromos rezonanciát. De senki sem tudta ezt cselekvés közben bemutatni – mindeddig.
A nukleáris elektromos rezonancia tényleges bizonyítékát véletlenül fedezték fel az ausztráliai Új-Dél-Wales-i Egyetem (UNSW) laboratóriumában a hibás berendezéseknek köszönhetően. Az áttörés új szintet biztosít a tudósoknak a magok felett, és drámai módon felgyorsíthatja a kvantumszámítógépek fejlődését.
Ebben a jelenségben központi szerepet játszik az egyes atomok rotációjának szabályozása elektromos, nem pedig mágneses mezőkkel. Ez a magok pontosabb szabályozását jelenti, ami a tudomány különböző területeit érintheti.
“Ez a felfedezés azt jelenti, hogy ma már képesek vagyunk kvantumszámítógépek felépítésére monatomikus pörgetések nélkül, anélkül, hogy vibrációs mágneses tér működne” – mondja Andrea Morello, az UNSW kvantumfizikusa.
“Ezenkívül felhasználhatjuk ezeket az atommagokat tökéletesen pontos érzékelőként az elektromos és mágneses mezőkhöz, vagy megválaszolhatjuk a kvantumtudomány alapvető kérdéseit.”
Bizonyos helyzetekben a nukleáris elektromos rezonancia felválthatja a magmágneses rezonanciát, amelyet manapság széles körben használnak különböző célokra: emberi testek, kémiai elemek, kőzetképződmények stb.
A mágneses tér problémája, hogy nagy áramokat, nagy tekercseket és jelentős helyet igényel.
Ha szeretné figyelni az egyes atommagokat – esetleg kvantumszámításhoz vagy nagyon kicsi érzékelőkhöz -, akkor a magmágneses rezonancia nem túl jó eszköz a munkavégzéshez.
“A mágneses rezonancia végrehajtása olyan, mintha egy adott labdát megpróbálnánk egy biliárdasztalra mozgatni az egész asztal felemelésével és rázásával” – mondja Morello. “Megmozgatjuk a céllabdát, de az összes többit is.”
“Szünetet tartani az elektromos rezonancia vizsgálatában olyan, mintha egy igazi biliárdbotot adna oda, hogy pontosan oda üthesse a labdát, ahova akarja.”
A magmágneses rezonancia kísérlet során az UNSW kutatói megoldották a Bloombergen által 1961-ben felvetett problémát, és mindez egy elromlott antennához kapcsolódott. Váratlan eredmények után a kutatók rájöttek, hogy berendezésük hibásan működik – és kimutatták a nukleáris elektromos rezonanciát.
A későbbi számítógépes szimulációkkal a csapat képes volt megmutatni, hogy az elektromos mezők alapvető szinten befolyásolhatják a magot, torzítva a mag körüli atomkötéseket, és átirányíthatják azt.
Most, hogy a tudósok tudják, hogyan működhet a nukleáris elektromos rezonancia, új módszereket tárhatnak fel annak felhasználására. Sőt, ezt felvehetjük a véletlenül elért jelentős tudományos felfedezések egyre növekvő listájába.
“Ez a figyelemre méltó eredmény a felfedezések kincsét tárja elénk” – mondja Morello. “Az általunk létrehozott rendszer elég kifinomult ahhoz, hogy tanulmányozzuk, hogyan jön ki a kvantum birodalmából az a klasszikus világ, amelyet nap mint nap tapasztalunk.”
“Ezenkívül kvantum komplexitását felhasználhatjuk olyan érzékelők létrehozására, amelyek jelentősen javított érzékenységgel rendelkeznek az elektromágneses mezők számára. És mindezt egy szilíciumból készült egyszerű eszközben, kis feszültséggel, amelyet egy fémelektródra vezetnek. '
A tanulmány a Nature folyóiratban jelent meg.
Források: Fotó: UNSW / Tony Melov
