Wanneer is een file geen file? Als het een kwantumverkeersopstopping is, natuurlijk. Alleen in de kwantumfysica kan het verkeer tegelijkertijd stilstaan ​​en bewegen.

Een nieuw theoretisch artikel van wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) en de University of Maryland suggereert dat het opzettelijk creëren van zo'n verkeersopstopping uit een ring van enkele duizenden ultrakoude atomen nauwkeurige metingen van beweging mogelijk zou maken. Indien geïmplementeerd met de juiste experimentele opstelling, de atomen zouden een meting van de zwaartekracht kunnen geven, mogelijk zelfs op afstanden van slechts 10 micrometer - ongeveer een tiende van de breedte van een mensenhaar.

Hoewel de auteurs benadrukken dat er nog veel werk moet worden verzet om aan te tonen dat een dergelijke meting haalbaar is, de potentiële uitbetaling zou een verduidelijking zijn van de aantrekkingskracht van de zwaartekracht op zeer korte lengteschalen. Afwijkingen kunnen belangrijke aanwijzingen geven over het gedrag van de zwaartekracht, inclusief waarom ons universum in een steeds sneller tempo lijkt uit te breiden.

Naast het mogelijk beantwoorden van diepgaande fundamentele vragen, deze atoomringen kunnen praktische toepassingen hebben, te. Ze zouden kunnen leiden tot bewegingssensoren die veel nauwkeuriger zijn dan voorheen mogelijk was, of dienen als schakelaars voor kwantumcomputers, met 0 vertegenwoordigd door atomaire patstelling en 1 door bewegend atoomverkeer.

De auteurs van het artikel zijn verbonden aan het Joint Quantum Institute en het Joint Centre for Quantum Information and Computer Science, beide zijn partnerschappen tussen NIST en de Universiteit van Maryland.

In de laatste twee decennia, natuurkundigen hebben een exotische toestand van materie onderzocht, een Bose-Einstein-condensaat (BEC), die bestaat wanneer atomen elkaar overlappen bij ijskoude temperaturen een smidgen van een graad verwijderd van het absolute nulpunt. Onder deze voorwaarden, een kleine wolk van atomen kan in wezen één groot kwantum "superatoom worden, " waardoor wetenschappers potentieel nuttige eigenschappen zoals supergeleiding en superfluïditeit gemakkelijker kunnen verkennen.

Theoretisch natuurkundigen Stephen Ragole en Jake Taylor, de auteurs van de krant, hebben nu gesuggereerd dat een variatie op het BEC-idee kan worden gebruikt om rotatie te detecteren of zelfs zwaartekracht over korte afstanden te verkennen, waar andere krachten zoals elektromagnetisme over het algemeen de effecten van de zwaartekracht overweldigen. Het idee is om met laserstralen - die al veel worden gebruikt om koude atomen te manipuleren - een paar duizend atomen aan elkaar te rijgen tot een ring met een diameter van 10 tot 20 micrometer.

Zodra de ring is gevormd, de lasers zouden het zachtjes in beweging brengen, de atomen eromheen laten circuleren als auto's die achter elkaar door een enkelbaans ringweg rijden. En net zoals autobanden draaien als ze over het trottoir rijden, de eigenschappen van de atomen zouden de invloed van de wereld om hen heen oppikken - inclusief de effecten van de zwaartekracht van massa's op slechts een paar micrometer afstand.

De ring zou profiteren van een van de contra-intuïtieve gedragingen van de kwantummechanica om wetenschappers te helpen daadwerkelijk te meten wat zijn atomen oppikken over zwaartekracht. De lasers zouden de atomen kunnen roeren tot wat een "superpositie, wat in feite betekent dat ze zowel rond de ring zouden circuleren als tegelijkertijd stil zouden staan. Deze superpositie van stroming en patstelling zou helpen om de relaties tussen de atomen van de ring een paar cruciale milliseconden te behouden na het verwijderen van hun laserbeperkingen, genoeg tijd om hun eigenschappen te meten voordat ze zich verspreiden.

Deze kwantumverkeersopstopping kan niet alleen een moeilijke uitdaging voor het meten van zwaartekracht overwinnen, maar het zou natuurkundigen kunnen helpen om enkele van de vele concurrerende theorieën over het universum te verwerpen - mogelijk helpend om een ​​langdurige verkeersopstopping van ideeën op te lossen.

Een van de grote mysteries van de kosmos is waarom het zich in een schijnbaar versnellend tempo uitbreidt. Natuurkundigen hebben een uiterlijke kracht gesuggereerd, genaamd "donkere energie, " veroorzaakt deze expansie, maar ze moeten de oorsprong ervan nog ontdekken. Een van de vele theorieën is dat in het vacuüm van de ruimte, kortstondige virtuele deeltjes verschijnen constant en knipogen uit het bestaan, en hun wederzijdse afstoting creëert de effecten van donkere energie. Hoewel het op sommige niveaus een redelijke verklaring is, natuurkundigen berekenen dat deze deeltjes zoveel afstotende kracht zouden creëren dat het heelal onmiddellijk uit elkaar zou blazen. Dus hoe kunnen ze waarnemingen verzoenen met het idee van virtuele deeltjes?

"Een mogelijkheid is dat de basisstructuur van ruimtetijd alleen reageert op virtuele deeltjes die meer dan een paar micrometer van elkaar verwijderd zijn, "Taylor zei, "en dat is precies het soort scheiding dat we zouden kunnen onderzoeken met deze ring van koude atomen. Dus als blijkt dat je het effect van deeltjes die over deze korte lengteschalen werken, kunt negeren, je kunt veel van deze onopgemerkte afstotelijke energie verklaren. Het zou er zijn, het zou gewoon niets op kosmische schaal beïnvloeden."

Het onderzoek verschijnt in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .