Međunarodni tim naučnika prvi put je eksperimentalno pokazao da i fotoni pokazuju kvantizovano driftanje slično kvantnom Hallovom efektu kod elektrona. Otkriće, objavljeno u Physical Review X, sugeriše da QHE nije ekskluzivan za nabijene čestice i može postati koristan u optičkoj metrologiji. Rezultati otvaraju put za ultraosetljive senzore i poboljšane fotoničke kvantne tehnologije, a povezuju se i sa redefinicijom kilograma zasnovanom na Planckovoj konstanti.
Svetlost Pokazuje Kvantne „Korake“ — Otkriveno Kvantizovano Driftanje Fotona
Scientists Discovered Light Follows Quantum RulesWitthaya Prasongsin - Getty Images
Međunarodni tim naučnika prvi put je eksperimentalno zabeležio da i fotoni pokazuju kvantizovano driftanje analogno kvantnom Hallovom efektu (QHE) koji je ranije viđen kod elektrona. Otkriće, objavljeno u časopisu Physical Review X, otvara nove mogućnosti u metrologiji, razvoju ultraosetljivih senzora i fotoničkim kvantnim tehnologijama.
Šta je otkriveno? Iako fotoni nemaju električni naboj i naizgled ne reaguju na električna i magnetna polja kao elektroni, istraživači su pokazali da svetlost može da se „pomera“ u kvantizovanim koracima — tačno definisanim vrednostima pomaka, slično naponskim „pločama“ koje je uočio Klaus von Klitzing 1980. kod elektrona.
Kratka istorija QHE Rano ujutru 5. februara 1980. Klaus von Klitzing je primetio da, kada se snažno magnetno polje postavi pod pravim uglom u odnosu na električnu struju, bočni napon ne raste glatko već ostaje na diskretnim, tačno određenim vrednostima. Taj kvantni Hallov efekat zasnovan je na fundamentalnim konstantama — Planckovoj konstanti i naboju elektrona — zbog čega je postao ključni standard u metrologiji i donеo von Klitzingu Nobelovu nagradu 1985. godine.
„Svetlost se pomera kvantizovano, prateći univerzalne korake analogne onima koje pokazuju elektroni u snažnim magnetnim poljima,“ rekao je Philippe St-Jean, koautor studije sa Univerziteta u Montrealu. „Posmatranje kvantizovanog driftanja svetlosti je naročito izazovno jer su fotoni inherentno van ravnoteže. Za razliku od elektrona, svetlost zahteva preciznu kontrolu, manipulaciju i stabilizaciju.“
Zašto je to važno? Kvantne „ploče“ daju univerzalne, reproducibilne vrednosti koje ne zavise od materijala, oblika ili nesavršenosti uzorka. Zbog toga su osnova savremenih standarda: 2018. godine Generalna konferencija za tegove i mere redefinisala je kilogram na osnovu Planckove konstante, čime su jedinice mase postale vezane za fundamentalne konstante, a ne za fizičke artefakte.
Primena kvantizovanog ponašanja svetlosti može da obuhvati:
- metrologiju nove generacije sa još preciznijim optičkim standardima;
- ultraosetljive senzore koji detektuju i najmanje devijacije od idealne kvantizacije;
- poboljšanje fotoničkih kvantnih računarskih i komunikacionih sistema kroz stabilnije i kontrolisanije fotoničke režime.
Ovo otkriće pokazuje da kvantni fenomeni koje smatramo rezervisanim za nabijene čestice mogu imati analogije i u beznabojnim sistemima poput svetlosti, čime se širi naše razumevanje kvantne fizike i raste spektar praktičnih primena.
Više od četiri decenije nakon von Klitzingovog otkrića, kvantni Hallov efekat i dalje iznenađuje i podstiče nove pravce istraživanja.
Pomozite nam da budemo bolji.
