Κβαντική οπτομηχανική για πρώτη φορά σε υπέρρευστο ήλιο παρατήρησαν επιστήμονες

Κβαντικά οπτομηχανικά φαινόμενα έχουν παρατηρηθεί για πρώτη φορά χρησιμοποιώντας ένα υγρό – υπέρρευστο ήλιο – που περιορίζεται σε μια οπτική κοιλότητα. Στα οπτομηχανικά πειράματα, οι ερευνητές συστηματικά παρατηρούν κβαντικά φαινόμενα σε μακροσκοπικά αντικείμενα. Πρόσφατα παραδείγματα περιλαμβάνουν την ψύξη θεμελιώδους κατάστασης μηχανικών ταλαντωτών βαρείς όσο εκατοντάδες νανογραμμαρίων. Μέχρι σήμερα, αυτές οι επιδείξεις περιελάμβαναν μόνο στερεά ή υπέρψυχρα αέρια. Τώρα, μια ομάδα υπό τους Jack Harris του Πανεπιστημίου Yale και Jakob Reichel του Εργαστηρίου Kastler–Brossel, στη Γαλλία, έδωσαν το πρώτο στοιχείο κβαντικών οπτομηχανικών φαινομένων σε ένα υγρό – το υπέρρευστο ήλιο. Η προσέγγιση μπορεί να επιτρέψει τους ερευνητές να διερευνήσουν νέες οπτομηχανικές περιοχές σε υγρά και να απαντήσουν εκκρεμή ερωτήματα στην υπερρευστότητα.

Η ομάδα χρησιμοποίησε μια κοιλότητα που δεσμεύεται από τις τελικές επιφάνειες δυο οπτικών ινών. Γεμάτη με υπέρρευστο ήλιο, η κοιλότητα έδρασε σαν αντηχείο τόσο για τα οπτικά κύματα όσο και τα ακουστικά κύματα στο υγρό – παρέχοντας έναν τρόπο να συζευχθούν φως και δονήσεις. Οι ερευνητές έστειλαν υπέρυθρο φως λέιζερ στην κοιλότητα από τις ίνες και, αξιοποιώντας την οπτικο-ακουστική σύζευξη, χαρακτήρισαν τις ακουστικές δονήσεις του υγρού παρατηρώντας τα φάσματα του εξερχόμενου φωτός. Τα φάσματα αυτά περιείχαν υπογραφές δυο κβαντικών φαινομένων. Πρώτον, η ομάδα παρατήρησε σήματα της κίνησης του σημείου μηδέν του υγρού – διακυμάνσεις που συμβαίνουν στην θεμελιώδη κατάσταση. Δεύτερον, είδαν σήματα του κβαντικού φαινομένου της επίδρασης του ανιχνευτή στην ίδια τη μέτρηση (quantum back action) – διαταραχή των δονήσεων λόγω της μέτρησής τους από το λέιζερ.

Η διάταξη θα μπορούσε να επιτρέψει τη διαχείριση των περιστροφικών βαθμών ελευθερίας που δεν έχουν παρουσία στα στερεά και θα μπορούσε επίσης να επιτρέψει τη μελέτη της υπέρρευστης διαταραχής, η οποία μπορεί να είναι ένα μοντέλο για τη συνηθισμένη διαταραχή. Όπως συνοψίστηκε από την ομάδα σε μια πρόσφατη εισήγηση, η διαχείριση των περιστροφικών βαθμών ελευθερίας θα μπορούσε να επιστρέψει την ψύξη της θεμελιώδους κατάστασης μιας αιωρούμενης σταγόνας ηλίου βαριάς όσο εκατό μικρογραμμάρια. Ζυγίζοντας όσο μια βλεφαρίδα, αυτή θα ήταν η πιο μεγάλη μάζα από οποιοδήποτε αντικείμενο είχε προηγούμενα ψυχθεί σε αυτή την κατάσταση.