Фізики з Університету Вермонта знайшли точне квантове розв’язання задачі, якій уже понад сто років — і відкрили шлях до найменших у світі вимірювальних приладів.
Професор Денніс Клаферті та його студент Нам Дінь змогли переформулювати модель Ламба — класичну систему затухаючих гармонічних осциляторів — у точну квантову версію, вперше описавши, як атом поводиться при втраті енергії. Модель, запропонована британським фізиком Горацієм Ламбом у 1900 році, пояснювала, як вібрації в твердому тілі згасають. Проте в квантовій фізиці, де панує принцип невизначеності Гейзенберга, такий опис виявився вкрай складним.
“Складність полягає у збереженні принципу невизначеності — основоположного принципу квантової фізики”, — зазначає Клаферті. Цей принцип обмежує точність одночасного знання положення й імпульсу частинки. Однак дослідникам вдалося знайти рішення багатотільної взаємодії атомів, зберігши фундаментальні квантові обмеження.
В основі прориву лежить перетворення Боголюбова, яке дозволило дослідникам діагоналізувати гамільтоніан системи — математичну модель її енергії — та описати систему у стані “багатомодового стисненого вакууму”. Це особливий квантовий стан, у якому можна зменшити шум квантової випадковості в одній змінній, збільшуючи його в іншій. Такий підхід вже використовували у створенні детекторів гравітаційних хвиль, за які у 2017 році було присуджено Нобелівську премію.
Результати дозволяють передбачити, як взаємодії між атомами в твердому тілі впливають на невизначеність їхнього положення. “Зменшуючи цю невизначеність, можна вимірювати положення з точністю нижче стандартної квантової межі”, — підкреслює Клаферті. Це відкриває шлях до надточних сенсорних технологій і квантових приладів — фактично, до найменшої у світі “рулетки” для вимірювання відстаней на рівні атомів.
Це дослідження — не лише фундаментальний прорив у фізиці, а й потенційна технологічна революція. Нові методи квантової діагностики зможуть використовуватись у нанотехнологіях, квантових обчисленнях і навіть астрофізиці. І все це стало можливим завдяки глибокому математичному аналізу та новому баченню столітньої задачі.
#Вчені #UVM #вирішили #90річну #квантову #задачу
Source link
