In een primeur voor de kwantumfysica, Onderzoekers van de Universiteit van Otago hebben individuele atomen op hun plaats gehouden en voorheen ongeziene complexe atomaire interacties waargenomen.

Een groot aantal apparatuur, waaronder lasers, spiegels, een vacuümkamer, en microscopen geassembleerd in Otago's Department of Physics, plus veel tijd, energie, en deskundigheid, hebben de ingrediënten geleverd om dit kwantumproces te onderzoeken, die tot nu toe alleen werd begrepen door middel van statistische middeling van experimenten met grote aantallen atomen.

Het experiment verbetert de huidige kennis door een voorheen ongeziene kijk op de microscopische wereld te bieden, verrassende onderzoekers met de resultaten.

"Onze methode omvat het individueel vangen en afkoelen van drie atomen tot een temperatuur van ongeveer een miljoenste Kelvin met behulp van zeer gerichte laserstralen in een hypergeëvacueerde (vacuüm) kamer, ongeveer de grootte van een broodrooster. We combineren langzaam de vallen die de atomen bevatten om gecontroleerde interacties te produceren die we meten, " zegt universitair hoofddocent Mikkel F. Andersen van Otago's Department of Physics.

Als de drie atomen elkaar naderen, twee vormen een molecuul, en krijgen allemaal een kick van de energie die daarbij vrijkomt. Met een microscoopcamera kan het proces worden vergroot en bekeken.

"Twee atomen alleen kunnen geen molecuul vormen, er zijn er minstens drie nodig om scheikunde te doen. Ons werk is de eerste keer dat dit basisproces afzonderlijk is bestudeerd, en het blijkt dat het verschillende verrassende resultaten opleverde die niet werden verwacht van eerdere metingen in grote wolken van atomen, " zegt postdoctoraal onderzoeker Marvin Weyland, die het experiment leidde.

Bijvoorbeeld, konden de onderzoekers de exacte uitkomst van individuele processen zien, en observeerde een nieuw proces waarbij twee van de atomen samen het experiment verlaten. Tot nu, dit detailniveau was onmogelijk waar te nemen in experimenten met veel atomen.

"Door op dit moleculair niveau te werken, we weten nu meer over hoe atomen botsen en met elkaar reageren. Met ontwikkeling, deze techniek zou een manier kunnen bieden om afzonderlijke moleculen van bepaalde chemicaliën te bouwen en te controleren, ', vult Weyland aan.

Universitair hoofddocent Andersen geeft toe dat de techniek en het detailniveau moeilijk te begrijpen zijn voor mensen buiten de wereld van de kwantumfysica, hij gelooft echter dat de toepassingen van deze wetenschap nuttig zullen zijn bij de ontwikkeling van toekomstige kwantumtechnologieën die een even grote impact kunnen hebben op de samenleving als eerdere kwantumtechnologieën die moderne computers en internet mogelijk maakten.

"Onderzoek naar het kunnen bouwen op kleinere en kleinere schaal heeft de afgelopen decennia een groot deel van de technologische ontwikkeling aangedreven. het is de enige reden dat de huidige mobiele telefoons meer rekenkracht hebben dan de supercomputers van de jaren tachtig. Ons onderzoek probeert de weg vrij te maken om op de kleinst mogelijke schaal te kunnen bouwen, namelijk de atomaire schaal, en ik ben opgewonden om te zien hoe onze ontdekkingen de technologische vooruitgang in de toekomst zullen beïnvloeden, ', zegt universitair hoofddocent Andersen.

De bevindingen van het experiment toonden aan dat het veel langer duurde dan verwacht om een ​​molecuul te vormen in vergelijking met andere experimenten en theoretische berekeningen, die momenteel onvoldoende zijn om dit fenomeen te verklaren. Hoewel de onderzoekers mechanismen suggereren die de discrepantie kunnen verklaren, ze benadrukken de behoefte aan verdere theoretische ontwikkelingen op dit gebied van experimentele kwantummechanica.