Piilevä nollauspainike spineille ja kubiteille

Maailma on täynnä pyöriviä esineitä – gyroskooppeja, magneettisia spinejä ja viime aikoina myös kvanttitietokoneiden kubitteja. Esimerkiksi kehomme atomiytimet prekessoivat megahertsin taajuuksilla NMR-laitteissa.

Käytännössä on usein toivottavaa palauttaa tällainen kiertävä järjestelmä tarkasti lähtöpisteeseensä. Ensi silmäyksellä tämä vaikuttaa mahdottomalta: kuinka voisi jäljittää polun takaisin lähtöpisteeseen monimutkaisen kiertojen ja heilumisten sarjan jälkeen?

Hämmästyttävä vastaus on, että se on aina mahdollista. Olipa rotaatioiden historia kuinka mutkikas tahansa, on olemassa yksinkertainen resepti: skaalaa liikkeellepaneva voima uudelleen ja kohdista se kahdesti. Yksi kohdistaminen ei koskaan riitä, mutta tämän kaksinkertaisen, skaalatun voiman kohdistaminen takaa tarkan tuoton. Tämän operaation aikana spin – tai kubitti tai mikä tahansa roottori – palaa poikkeuksetta maaliin.

Tämän löydön tekivät UNISTin fysiikan laitoksen arvostettu professori Tsvi Tlusty ja Geneven yliopiston Jean-Pierre Eckmann Sveitsistä.

Heidän tutkimuksensa paljastaa, että näennäisestä monimutkaisuudestaan ​​huolimatta rotaatiot kätkevät alleen perustavanlaatuisen järjestyksen.

Rotaatioita kuvaavat matemaattiset ryhmät – jotka tunnetaan nimellä SO(3) klassisille kappaleille ja SU(2) kvanttikiekoille – ovat fysiikan tutkituimpia. Silti jopa tässä hyvin ymmärretyssä viitekehyksessä kirjoittajat tunnistivat uuden, elegantin ratkaisun: täydellisen nollauspainikkeen.

Miksi tällä on väliä? Koska rotaatiot ovat lähes kaiken modernin teknologian ja tieteen perusta. Satelliittien vakauttamisesta aivokuvien dekoodaamiseen, ydinmagneettisesta resonanssista kvanttilaskentaan, annamme rotaattoreille jatkuvasti tehtäväksi esittää monimutkaisia tansseja. Tämä uusi tulos takaa, että koreografian monimutkaisuudesta riippumatta järjestelmä voidaan aina palauttaa alkuperäiseen asentoonsa.

Prekessiosta aiemmin:

Antiferromagneetit voivat tehdä sen, mihin ferromagneetit eivät pysty

Perustaa ultranopealle magneettiselle muistille