Mažas impulso poslinkis gali lemti reikšmingus kvantinės mechanikos efektus

Labai šaltų atomų Boze-Einsteino kondensacijaVilniaus universiteto Teorinės fizikos ir astronomijos instituto podoktorantūros stažuotojas Rytis Juršėnas teoriškai tiria sukinio-orbitos sąveiką šaltuosiuose atomuose, kartu atsižvelgiant ir į sąveiką tarp pačių atomų. Vienas pagrindinių tyrimo uždavinių – tokių sistemų spektrinių savybių nustatymas. Laisvai judančio atomo energijos spektras yra tolydinis, o sąveika tarp atomų formuoja jų surištas būsenas. Pagrindinis stažuotės tikslas buvo šių būsenų spektrinių savybių teorinė analizė.

Tiek klasikinėje, tiek ir kvantinėje mechanikoje, viena pagrindinių savybių, charakterizuojančių dalelės būseną, yra jos energija – kinetinės energijos ir sąveikos potencialo suma. Kinetinę energiją galima įsivaizduoti kaip dalelės, hipotetiškai izoliuotos nuo išorinės aplinkos, energiją – tai laisvos dalelės energija. Sąveikos potencialas rodo, kokiu būdu dalelė sąveikauja su ją supančia aplinka.

 

Laisvos dalelės energija yra jos judėjimo energija. Ją apibūdina dalelės judėjimo kiekis arba kitaip, impulsas p. Dar I. Niutonas (I. Newton) savo “Matematiniuose gamtos filosofijos pagrinduose” (1687 m.) judėjimo kiekį apibūdino kaip “matą, nustatomą proporcingai greičiui ir masei”. Po ilgų diskusijų ir įrodinėjimų, dėka tokių matematikų, kaip G. V. Leibnicas (G. W. Leibniz, 1646-1716) ir J. Bernulis (J. Bernoulli, 1667-1748), galiausiai patikslinta, kad laisvos dalelės energiją  aprašo ne impulsas p, o impulsas kvadratu p2. Tuo metu ši energija buvo vadinama “gyvąja jėga”.

 

Įsivaizduokime, kad mūsų laisva dalelė su energija turi elektrinį krūvį ir juda magnetiniame lauke. Dalelė tokiu būdu sąveikauja su išorine aplinka – magnetiniu lauku, ir ją pradeda veikti vadinamoji Lorenco jėga, nukreipta statmenai dalelės greičiui. Dėl šios jėgos dalelė juda apskritimine trajektorija. Tai yra vienas pagrindinių veiksnių, lėmusių ciklotronų (dalelių greitintuvų) atsiradimą. Magnetinį lauką visada galima aprašyti vektoriniu potencialu A. Tuomet dalelės judėjimo kiekis “pasislenka” dydžiu A, o dalelės energija įgyja  (pA)2 pavidalą.

 

Fizika yra analogijų mokslas. Tai patvirtina ir šaltų atomų fizika. Šaltųjų atomų temperatūra (arba kitaip, kinetinė energija) yra artima absoliučiam nuliui, tiksliau vos miliardine laipsnio dalimi virš absoliutaus nulio. Atomai yra elektriškai neutralūs. Tačiau juos patalpinus į lazerio pluoštų spinduliuotę, susidaro efektinis vektorinis potencialas A. Atskirais atvejais šis potencialas įgyja savybę, dalelių fizikoje vadinamą sukiniu S. Jei išskleistume energiją (pS)2 dėmenimis, gautume, kad nagrinėjamos dalelės energijos vienas dėmenų yra pŸS pavidalo – impulso ir sukinio vektorių skaliarinė sandauga. Tai taip vadinama sukinio-orbitos sąveika. Eksperimentiškai šaltiesiems atomams pirmą kartą ši sąveika stebėta visai neseniai, tik 2009 m. Tačiau teoriškai krūvininkams kristaluose ji buvo aprašyta dar 1955 m., kuomet G. Dreselhausas (G. Dresselhaus) tyrinėjo cinko simetrijos savybes. Beje, 2012 metais CERN tyrimų centre eksperimentiškai pirmą kartą aptiktas Higso (Higgs) bozonas taip pat teoriškai buvo numatytas dar 1964 metais. Tokių pavyzdžių mokslo pasaulyje ne vienas.

 

Sukinio-orbitos sąveika yra svarbi kondensuotų medžiagų fizikoje, spintronikoje, netgi superlaidininkuose, tiriant Kuperio (Cooper) porų formavimąsi. Sistemų su sukinio-orbitos sąveika tyrimui reikalingos ypač žemos temperatūros, todėl norint sukurti tokias technologijas, dar reikia nemažai padirbėti tiek eksperimentatoriams, tiek ir teoretikams. Taigi, mokslo istorija liudija, jog, atliekant tyrimus vienoje srityje, galima padaryti atradimą kitoje, atrodytų visai tolimoje, srityje. Tai tik dar kartą patvirtina, kad praktinių taikymų niekada nebus be fundamentinių tyrimų.

 

Vilniaus universiteto Teorinės fizikos ir astronomijos instituto podoktorantūros stažuotojas Rytis Juršėnas teoriškai tiria sukinio-orbitos sąveiką šaltuosiuose atomuose, kartu atsižvelgiant ir į sąveiką tarp pačių atomų. Vienas pagrindinių tyrimo uždavinių – tokių sistemų spektrinių savybių nustatymas. Laisvai judančio atomo energijos spektras yra tolydinis, o sąveika tarp atomų formuoja jų surištas būsenas. Pagrindinis stažuotės tikslas buvo šių būsenų spektrinių savybių teorinė analizė.

 

Podoktorantūros stažuotė finansuojama pagal Europos Sąjungos struktūrinių fondų Žmogiškųjų išteklių plėtros veiksmų programos, Mokslininkų ir kitų tyrėjų mobilumo ir studentų mokslinių darbų skatinimo priemonės (VP1-3.1-ŠMM-01) įgyvendinamą projektą „Podoktorantūros (post doc) stažuočių įgyvendinimas Lietuvoje“.

Palikti atsiliepimą

El. pašto adresas nebus skelbiamas.