Fizycy z Uniwersytetu Technologicznego w Delft dokonali przełomu, który pozwala zajrzeć w samo serce materii. Udało im się zmierzyć w czasie rzeczywistym puls magnetyczny atomu – czyli moment, w którym jądro przeskakuje pomiędzy stanami kwantowymi.
Do eksperymentu wykorzystano mikroskop skaningowy tunelowy, który rejestrował zachowanie elektronów poruszających się synchronicznie z jądrem atomu tytanu-49. Ten stabilny izotop ma wyjątkowo silny spin jądrowy i właściwości magnetyczne, które czynią go idealnym kandydatem do badań. Naukowcy zaobserwowali, że atom przełączał się między stanami kwantowymi w odstępach około pięciu sekund.
Spin, czyli kwantowa wersja momentu pędu, to jedna z fundamentalnych cech cząstek. Decyduje o właściwościach magnesów, a w komputerach kwantowych pełni rolę kubitu – najmniejszej jednostki informacji. Zrozumienie, jak spin jądrowy zmienia się w izolacji, zanim wpłyną na niego czynniki zewnętrzne, może otworzyć drogę do stworzenia nowych typów kubitów.
Bezpośrednia obserwacja spinu jądrowego jest niezwykle trudna, ponieważ każda ingerencja zakłóca badane zjawisko. Dlatego zespół pod kierownictwem Everta Stoltego i Jinwona Lee posłużył się pośrednią metodą – analizą tzw. oddziaływań nadsubtelnych między elektronami a jądrem. Dzięki nowemu schematowi pomiarów impulsowych udało się uchwycić ruchy jądra bez ich zakłócania.
Jak podkreślają naukowcy, pierwszy krok w każdej nowej dziedzinie badań to możliwość pomiaru. Teraz, kiedy udało się „usłyszeć” tykanie atomowego serca, fizycy mogą lepiej zrozumieć naturę spinów jądrowych i wykorzystać tę wiedzę do rozwoju przyszłych technologii kwantowych.
Źródło: Science Alert
