Η πρώτη "φωτογράφηση" του ατόμου του υδρογόνου!

Την πρώτη απ΄ ευθείας παρατήρηση της τροχιάς του ατόμου του υδρογόνου πέτυχε διεθνής ομάδα ερευνητών στο  Ινστιτούτο για την Ατομική και Μοριακή Φυσική  (AMOLF), Άμστερσταμ, Ολλανδία, υπό την Aneta Stodolna (δες εδώ).

Κατάφεραν να απεικονίσουν την κβαντική υπόσταση των ηλεκτρονίων που περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου υδρογόνου, με άλλα λόγια κατάφεραν να απαθανατίσουν τις κυματοσυναρτήσεις των ηλεκτρονίων σε άτομα υδρογόνου μια και οι κβαντικές ιδιότητες των ηλεκτρονίων καθιστούν ουσιαστικά αδύνατο τον προσδιορισμό της ακριβής τους θέσης (δες κι εδώ).Η χαρτογραφηση της δομής επιτεύχθηκε χάρη σε ένα νέο κβαντικό μικροσκόπιο φωτοϊοντικής μικροσκοπίας (δες κι εδώ), το οποίο απεικονίζει τη δομή άμεσα.Περισσότερα εδώ, εδώ, εδώ, εδώ.

Κλίμακα «μακροσκοπικότητας»;

Το μέγεθος ενός αντικειμένου μπορεί να μετρηθεί με πολλούς τρόπους, όπως κατά μάζα, όγκο, ή ακόμη και σύμφωνα με τον αριθμό των ατόμων που περιέχει. Στην κβαντική φυσική, τα «μακροσκοπικά» αντικείμενα θεωρούνται μεγαλύτερα από ότι τα «κβαντικά», δεδομένου ότι τα πρώτα συνήθως περιγράφονται από τους κλασσικούς φυσικούς νόμους ενώ τα δεύτερα από κβαντικούς νόμους. Ωστόσο, αρκετοί φυσικοί έχουν αμφισβητήσει τα όρια μεταξύ αυτών των δύο κατηγοριών, πραγματοποιώντας πειράματα που υποδεικνύουν ότι πολυσωματιδιακά αντικείμενα μπορούν να υπάρξουν σε κατάσταση κβαντικής υπέρθεσης (δες κι εδώ). Όμως έως τώρα δεν υπήρχε κάποιο εφαρμόσιμο πρότυπο μέτρησης της μακροσκοπικότητας. Σε πρόσφατη δημοσίευσή τους (δες εδώ), οι φυσικοί Στέφαν Νίμριχτερ (Stefan Nimmrichter) του Πανεπιστημίου της Βιέννης και Κλάους Χόρνμπεργκερ (Klaus Hornberger) του Πανεπιστημίου του Ντούισμπουργκ-Έσσεν προτείνουν ότι η μακροσκοπικότητα ενός αντικειμένου μπορεί να μετρηθεί σε σχέση με ορισμένες παραμέτρους του πειράματος που χρησιμοποιήθηκαν για να εξεταστεί η κβαντική του υπέρθεση, και όχι ως μία ξεχωριστή ιδιότητα του ίδιου του αντικειμένου.Στο παρελθόν, οι ερευνητές έχουν μετρήσει συχνά το βαθμό μακροσκοπικότητας ενός αντικειμένου με βάση τον αριθμό των ατόμων στο αντικείμενο. Όμως διαφορετικά άτομα σημαίνουν διαφορετικά μεγέθη, καθώς περιέχουν διαφορετικούς αριθμούς υποατομικών σωματιδίων, γεγονός που θέτει το ερώτημα του αν η μακροσκοπικότητα πρέπει να μετράται από το συνολικό αριθμό πρωτονίων, νετρονίων ή ηλεκτρονίων ενός αντικειμένου. Καθώς οι φυσικοί εξακολουθούν να παρατηρούν κβαντικά φαινόμενα όπως η υπέρθεση σε μεγαλύτερα αντικείμενα, ένα πρότυπο μέτρησης της μακροσκοπικότητας είναι απαραίτητο για τη σύγκριση αυτών των αποτελεσμάτων.Ο ορισμός των Νίμριχτερ και Χόρνμπεργκερ βασίζεται στην ιδέα ότι οι κβαντικές εξισώσεις μπορούν να τροποποιηθούν ώστε να καταστεί πιο «κλασική» η κατάσταση ενός αντικειμένου. Εάν ένα πείραμα μπορεί να αποκλείσει κάποιες από αυτές τις τροποποιήσεις, τότε περιγράφει μία μεγαλύτερη κβαντική υπέρθεση και ένα πιο μακροσκοπικό αντικείμενο. Όσο περισσότερες τροποποιήσεις αποκλείει ένα πείραμα, τόσο πιο μακροσκοπικό είναι το αντικείμενο.Για παράδειγμα, τόσο μια υπέρθεση με ένα μεγάλο χρονικό διάστημα συνοχής όσο και ένα αντικείμενο με μεγάλη μάζα αποκλείουν τέτοιες τροποποιήσεις. Υπολογίζοντας όλες αυτές τις παραμέτρους μαζί, αποδίδεται ένας αριθμός μ, σε μία λογαριθμική κλίμακα μέτρησης του βαθμού μακροσκοπικότητας. Στην κλίμακα αυτή, η κατάσταση υπέρθεσης ενός αντικειμένου έχει την ίδια μακροσκοπικότητα με εκείνη ενός ηλεκτρονίου που βρίσκεται σε υπέρθεση για 10^μ δευτερόλεπτα.Με βάση αυτά τα κριτήρια, οι φυσικοί βαθμολόγησαν ορισμένα πρόσφατα πειράματα υπέρθεσης. Το καλύτερο σκορ μέχρι στιγμής είναι 12, το ​​οποίο επιτεύχθηκε από τους Νίμριχτερ και Χόρνμπεργκερ το 2010 με ένα μόριο που περιείχε 356 άτομα.

Οι φυσικοί υπολόγισαν ότι μία γάτα τεσσάρων κιλών, σε κβαντική υπέρθεση όπου βρίσκεται σε δύο θέσεις απόστασης δέκα εκατοστών και για χρόνο ενός δευτερολέπτου, θα είχε σκορ 57 στη νέα κλίμακα (δες και Schrödinger's cat). Η γνώση του αριθμού αυτού δεν κάνει το ενδεχόμενο δημιουργίας μίας πραγματικής τέτοιας γάτας καθόλου ευκολότερο όμως. Σύμφωνα με τους ερευνητές, η κατάσταση αυτή είναι ισοδύναμη με ένα ηλεκτρόνιο που βρίσκεται σε υπέρθεση για 10⁵⁷ δευτερόλεπτα, δηλαδή περίπου 10³⁹ φορές μεγαλύτερο χρονικό διάστημα από την ηλικία του σύμπαντος.

Πηγή: http://www.naftemporiki.gr/story/647448