Absolutně zmrazená nanočástice skla. Kredit: Kahan Dare, Lorenzo Magrini, Yuriy Coroli / University of Vienna.

Ve světě planet, hvězd a galaxií vládne obecná relativita. A ve světě elementárních částic zase kvantová mechanika. Vědce obou světů přitom vábí přízračná hranice, která jejich světy odděluje. Takové povahy byl i nedávný výzkum Markuse Aspelmeyera z rakouské Universität Wien a jeho týmu, plný laserů, levitace a zmrtvujícího chladu, který si nezadá s magií.

Aspelmeyerův tým v akci. Kredit: Lorenzo Magrini, Yuriy Coroli / University of Vienna.

Vyvinuli novou metodu manipulace s kvantovým stavem částic, s jejíž pomocí bychom v dohledné době mohli dostat do stavu prostorové superpozice i relativně velké objekty. Aspelmeyer a spol. vzali laser a zmrazili s ním nanočástici skla o průměru 150 nanometrů tak, že se dostala do kvantového základního stavu (ground state). Jejich výzkum publikoval časopis Science.

Oproti jiným metodám, který často spoléhají na více laserů a velmi komplikované aparatury, použil Aspelmeyerův tým jen jediný laser. Zmrazovaná nanočástice skla v paprsku tohoto laseru levitovala. Badatelé pomocí detailně nastavených frekvencí interferujícího světelného záření nanočástici postupně ochlazovali, až ji zmrazili na teplotu 0,000012 kelvinů, což byla za daných podmínek nejnižší možná teplota, pouhý nepatrný zlomek nad absolutní nulou.

Universität Wien, logo.

Podobnými metodami se doposud kvantově zmrazovaly plyny a zatím ještě nikdy pevné částice. Aspelmeyer a spol. to dokázali. A určitě ještě neřekli poslední slovo. Nechali se slyšet, že v dohledné budoucnosti bude tímto postupem možné uvést podobné objekty z pevného materiálu do stavu prostorové superpozice. Konkurenční experimenty již sice vytvořily superpozice a kvantové stavy se zmraženými atomy, jenomže Aspelmeyer se svými kolegy dostal do kvantového základního stavu nanočástici, kterou tvoří asi tak 100 milionů atomů.

Zmrazování nanočástic skla nejsou jenom takové kvantové pouťové triky. Pro Aspelmeyerův tým je to vlastně jen prostředek pro hlavní cíl jejich výzkumu, kterým jsou kvantové vlastnosti gravitace. Proto je pro ně tak důležité uvést do stavu superpozice pevné objekty. Je totiž mnohem snadnější testovat gravitaci pevných objektů, nežli plynů. Aspelmeyer a spol. se vlastně snaží smířit gravitaci s kvantovou mechanikou v mikrosvětě a zjišťují, jak by mohla gravitace obecně působit na kvantové objekty.

Video: "Quantum Tests of Gravity" by Markus Aspelmeyer

Literatura

New Scientist 30. 1. 2020, ARS Technica 31. 1. 2020, Science online 30. 1. 2020.