Jäähdytystä kvanttirajoja hipoen

National Institute of Standards and Technologyn (NIST) fyysikot ovat jäähdyttäneet mekaaninen esineen pienempään lämpötilaan kuin aiemmin ajateltiin olevan mahdollista, eli alle niin sanotun "kvanttirajan."

Uusin tutkimustyö osoitti, että mikroskooppinen mekaaninen rumpu - värisevä alumiinikalvo - voitiin jäähdyttää pienempään kuin viidesosaan yhtä kvanttia tai energiapakettia eli alemmaksi kuin kvanttifysiikka tavallisesti ennustaa.

Uutta tekniikkaa voitaisiin teoriassa käyttää jäähdyttämään makroskooppisia esineitä absoluuttiseen nollapisteeseen. Vastaavanlainen laserjäähdytys toimii vain atomien kokoluokassa.

Halkaisijaltaan 20 mikrometrinen rumpu on upotettu suprajohtavaan piiriin ja suunniteltu niin, että rummun liike saa mikroaallot heijastelemaan sähkömagneettisen onkalon sisällä. Siellä mikroaaltovalo muuttaa taajuutta tarvittaessa vastaamaan taajuutta, jolla ontelo luonnollisesti resonoi.

NIST:n tutkijat ovat jo aikaisemmin jäähdyttäneet kvanttirumpuja alimpiin perustiloihin. He käyttävät sivukaistajäähdytykseksi kutsuttua tekniikkaa. Siinä operoidaan mikroaalloilla, jotka ovat alle ontelon resonanssin.

Mikroaallot ajavat piirin sähkövarausta luomaan rummun iskuja, jotka tuottavat ontelon korkeampaa resonanssitaajuutta vastaavia fotoneja. Ne vuotavat ulos ontelosta kun se täyttyy. Jokainen lähtevä fotoni ottaa mukaansa yhden mekaanisen yksikön energiaa - yhden fononin - rummun liikkeestä.

Uusin työ lisää kokeeseen uuden tempun - "puristetun valon" ajamaan rummun piiriä. Pusertaminen on kvanttimekaniikan käsite, jossa kohinaa tai ei-toivottuja vaihteluita siirretään valon hyödylliseltä ominaisuudelta toiseen piirteeseen, joka ei vaikuta kokeeseen.

"Kohinan satunnaiset iskut kuumentavat esinettä jota yrität jäähdyttää. Rumpua voidaan käyttää myös sellaisissa sovelluksissa, kuten hybridit kvanttitietokoneet, joissa yhdistyy kvanttiteknisiä ja mekaanisia osia," toteaa toteaa koetta johtanut fyysikko John Teufel tutkimuslaitoksensa tiedotteessa.