Uwzględnienie współczynnika Q w mechanice kwantowej
Wszystkie obiekty się poruszają W świecie zdominowanym przez urządzenia elektroniczne łatwo jest zapomnieć, że wszystkie pomiary wiążą się z ruchem - czy to ruchem elektronów w tranzystorze, czy to manipulowaniem elementami mechanicznymi. Wyniki nowych badań finansowanych przez UE sugerują, że mechanika kwantowa może być kluczem do uzyskania odpowiedzi na pytanie, w którym momencie ruch ustanie. Badacze z Uniwersytetu Wiedeńskiego w Austrii oraz uczelni Technische Universität München w Niemczech ogłosili w czasopiśmie Nature Communications swoje odkrycia, dzięki którym został rozwiązany długo nękający naukowców problem dotyczący konstrukcji rezonatorów mikroelektromechanicznych i nanoelektromechanicznych. Obecnie rezonatory mikroelektromechaniczne i nanoelektromechaniczne są wykorzystywane podobnie jak pierwsze wykrywacze siły, ale mają znacznie większe możliwości - rzędu zeptoniutonów (10-21 N). Do nowych potencjalnych zastosowań należy pomiar sił oddziałujących pomiędzy cząsteczkami i sił powstających w wyniku magnetycznego rezonansu elektronów. Przyszłość niezmiernie małych urządzeń mechanicznych przedstawia się obiecująco, jednak ich najatrakcyjniejsze zastosowania pozostają kwestią dalszych szczegółowych badań. Choć takie czujniki podlegają prawom fizyki klasycznej, w warunkach laboratoryjnych wyraźnie dostrzegalne są efekty kwantowe. Obecnie możliwe (i bardzo interesujące) jest badanie wewnętrznych fluktuacji kwantowych, którym podlega samo urządzenie mechaniczne. Jakie warunki są potrzebne do ich obserwacji i czego możemy się dzięki nim dowiedzieć? W ramach najnowszego badania przeanalizowano minimalizację rozpraszania energii. Gdy szarpiemy struny instrumentu muzycznego, na przykład gitary, dzięki wibracjom powstają fale akustyczne, które odbieramy w formie dźwięku. Czystość emitowanego dźwięku jest ściśle powiązana z zanikaniem amplitudy drgań, tj. utratą energii mechanicznej (współczynnik Q) układu. Im większa wartość współczynnika Q, tym czystszy ton i dłuższy czas drgania układu do momentu wytłumienia dźwięku. Do niedawna problemem było dokładne przewidzenie wartości możliwego do osiągnięcia współczynnika Q, nawet w przypadku względnie prostej geometrii. Zespół badawczy opracował narzędzie do rozwiązywania problemów numerycznych z wykorzystaniem skończonej liczby elementów. Za jego pomocą można określić wytłumienie wynikające z konstrukcji prawie dowolnego rezonatora mechanicznego. "Wyznaczamy obliczeniowo, w jaki sposób elementarne wzbudzenia mechaniczne czy fonony rozchodzą się z rezonatora mechanicznego ku obudowie urządzenia" - powiedział Garrett Cole, starszy naukowiec w grupie Aspelmeyera Uniwersytetu Wiedeńskiego. Pomysł opiera się na pracach Ignacio Wilsona-Rae, fizyka z Technische Universität München. We współpracy z grupą naukowców wiedeńskich zespół zaproponował rozwiązanie numeryczne mające na celu obliczenie sposobu rozchodzenia się fononów w prosty sposób za pomocą standardowego komputera PC. Zdolność prognostyczna narzędzia numerycznego uwzględniającego współczynnik Q eliminuje istniejącą obecnie konieczność spekulacji (stosowania metody prób i błędów) w procesie tworzenia drgających struktur mechanicznych. Badacze wskazali, że proces ten jest niezależny od skali i może zostać zastosowany zarówno w odniesieniu do nanourządzeń, jak i układów makroskopowych. Badanie było współfinansowane w ramach następujących projektów UE: MINOS ("Układy mikrooptomechaniczne i nanooptomechaniczne w technologiach ICT i QPIC"), QESSENCE ("Kwantowe interfejsy, czujniki i komunikacja w oparciu o zjawisko splątania"), IQOS ("Zintegrowane kwantowe układy optomechaniczne") oraz QOM ("Optomechanika kwantowa: podstawa kwantowa oraz informacje kwantowe w mikroskali i nanoskali"). Projekty MINOS i QESSENCE uzyskały wsparcie w wysokości odpowiednio 2,27 i 4,7 mln euro w ramach obszaru tematycznego "Technologie informacyjne i komunikacyjne" (Information and communication technologies, ICT) Siódmego Programu Ramowego (7PR). Projekt IQOS uzyskał wsparcie w wysokości 171 412 euro w ramach grantu "Międzynarodowe stypendia przyjazdowe" programu Marie Curie, natomiast projekt QOM uzyskał wsparcie w wysokości 1,67 mln euro w ramach grantu startowego Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych.Więcej informacji: Uniwersytet Wiedeński http://www.univie.ac.at/?L=2 Technische Universität München http://portal.mytum.de/welcome/ Nature Communications http://www.nature.com/ncomms/index.html
Kraje
Austria, Niemcy