พฤติกรรมรวมเกิดขึ้นทีละอนุภาค

อะตอมเพียงหกอะตอมจะแสดงลายเซ็นทั้งหมดของการเปลี่ยนเฟสที่คาดหวังสำหรับระบบหลายอนุภาค นี่คือการค้นพบของทีมที่นำโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยไฮเดลเบิร์ก ประเทศเยอรมนี ซึ่งใช้เครื่องจำลองควอนตัมเพื่อตรวจสอบว่าพฤติกรรมส่วนรวมปรากฏในโครงสร้างจุลภาคอย่างไร งานใหม่นี้ช่วยพัฒนาความเข้าใจของเราเกี่ยวกับฟิสิกส์หลายตัว 

ซึ่งอธิบายปรากฏการณ์ที่ไม่สามารถเข้าใจได้ง่ายๆ 

ด้วยการศึกษาพฤติกรรมของอนุภาคแต่ละตัว ทฤษฎีฟิสิกส์หลายตัวละเลยรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ของพฤติกรรมอนุภาค และเน้นไปที่ปริมาณที่สังเกตได้ในระดับมหภาค เช่น ความดัน อุณหภูมิ และความหนาแน่นแทน ตัวอย่างเช่น ระบบเช่นแก้วน้ำอาจอธิบายในลักษณะที่ละเลยตำแหน่งและความเร็วของโมเลกุลน้ำแต่ละโมเลกุล แม้ว่าคุณสมบัติมหภาคของระบบจะเป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันระหว่างโมเลกุลดังกล่าว เมื่อถึงจำนวนโมเลกุลของน้ำ ถึงขนาดวิกฤตที่แน่นอน

แต่ขนาดวิกฤตนั้นคืออะไร? กล่าวอีกนัยหนึ่ง กลุ่มอนุภาคต้องมีขนาดเท่าใดก่อนที่จำนวนที่แน่นอนของพวกมันจะไม่เกี่ยวข้อง และสามารถอธิบายทั้งระบบโดยใช้ทฤษฎีหลายส่วนได้ การเปลี่ยนจากพฤติกรรม “ไม่ต่อเนื่อง” เป็น “ต่อเนื่อง” มีนัยสำคัญในฟิสิกส์ปรมาณู นิวเคลียร์ และโซลิดสเตต แต่การพิจารณาอย่างแน่ชัดว่าเมื่อใดจะเกิดขึ้นนั้นยาก ยิ่งไปกว่านั้น แม้ว่าพฤติกรรมการใช้กล้องจุลทรรศน์ของแต่ละอนุภาคอาจอธิบายได้ง่ายอย่างชัดเจน แต่พฤติกรรมมหภาคของอนุภาคในขณะที่พวกมันโต้ตอบกันนั้นกลับไม่เป็นเช่นนั้น

เครื่องจำลองควอนตัมกึ่งสองมิติ

ทีมงานที่นำโดยSelim Jochimจากสถาบันฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยไฮเดลเบิร์กได้จัดการกับปัญหานี้ด้วยการดักจับอะตอมของลิเธียม -6 ( 6 Li) ที่เย็นจัดเป็นพิเศษ ซึ่งประกอบกันในสถานะไฮเปอร์ไฟน์ภายในสองสถานะที่จุดโฟกัสของลำแสงเลเซอร์ เรขาคณิตของกับดักนั้นทำให้อะตอมสามารถเคลื่อนที่ได้เพียงสองทิศทางเชิงพื้นที่ ซึ่งหมายความว่าระบบเป็นแบบสองมิติอย่างมีประสิทธิภาพ จากนั้นนักวิจัยได้ใช้เทคนิคการทำความเย็นแบบพิเศษที่ทำให้ระบบเข้าใกล้สถานะพื้นเคลื่อนที่ของมันมาก ที่อุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ การตั้งค่านี้ยังช่วยให้นักวิจัยสามารถปรับความแรงของการโต้ตอบระหว่างอะตอมได้อย่างต่อเนื่องผ่านสนามแม่เหล็กที่ใช้โดยใช้คลื่นสะท้อน Feshbach

ในการทดลอง Jochim และเพื่อนร่วมงานได้กำหนดค่าสนามแม่เหล็กที่ใช้เพื่อให้อะตอมดึงดูดกันและกัน หากแรงดึงดูดแรงเพียงพอ อะตอมจะก่อตัวเป็นคู่ซึ่งสามารถเปลี่ยนเฟสไปเป็นซุปเปอร์ฟลูอิดได้ในเวลาต่อมา (สถานะที่อนุภาคไหลโดยไม่มีแรงเสียดทาน) จากนั้นนักวิจัยได้สังเกตว่าอะตอมก่อตัวเป็นคู่อย่างไรโดยอาศัยความแรงของปฏิสัมพันธ์และจำนวนโดยการวัดพลังงานยึดเหนี่ยวของคู่อะตอม พวกเขาประหลาดใจที่พบว่าอะตอมมีพฤติกรรมเหมือนระบบหลายร่างกายแม้ว่าจะมีอะตอมเพียงหกอะตอมเท่านั้น

ผลึกเวลาเข้าสู่โลกแห่งความจริงของสสารควบแน่น สารตั้งต้นของการเปลี่ยนเฟสควอนตัม ผู้เขียนนำการศึกษาLuca BayhaและMarvin Holtenสังเกตว่าประเภทของการจับคู่ที่พวกเขาศึกษาคือสารตั้งต้นของการเปลี่ยนเฟสควอนตัมไปเป็นเฟส superfluid ที่มี “โหมด Higgs” ที่เกี่ยวข้อง ก่อนหน้านี้โหมดนี้เคยพบเห็นในระบบอะตอมเย็น ตัวนำยิ่งยวด และเฟอร์โรแมกเนติก แต่ Bayha และ Holten กล่าวว่างานของพวกเขาได้ให้แสงสว่างที่สดใสเกี่ยวกับวิธีการที่มันเกิดขึ้น “เครื่องจำลองอะตอมของเรามีวิธีการศึกษาการเกิดขึ้นของปรากฏการณ์ส่วนรวม ทีละอนุภาค” พวกเขากล่าว

สมาชิกของทีมซึ่งรวมถึงผู้ทำงานร่วมกันที่มหาวิทยาลัยลุนด์ 

ประเทศสวีเดน และเมืองออร์ฮูส ประเทศเดนมาร์ก กล่าวว่าขณะนี้พวกเขากำลังวางแผนที่จะศึกษาความลื่นไหลมากเกินไปในระบบส่องกล้องดังกล่าวในรายละเอียดมากขึ้น “เราจะใช้วิธีการถ่ายภาพแบบใหม่เพื่อแยกแต่ละอะตอมในตัวอย่างของเราแยกกัน” Bayha และ Holten บอกกับPhysics World “สิ่งนี้จะช่วยให้เราสามารถเปิดเผยคู่อะตอมที่ก่อตัวในสถานะซุปเปอร์ฟลูอิดได้โดยตรง”

quasiparticles ถูกสร้างขึ้นโดยการฉีดคลื่นเสียงเข้าไปในด้านหนึ่งของผลึกเสียง แทนที่จะมีเพียงบางส่วนของควอซิพิเคิลที่เจาะทะลุกำแพงกั้น ทีมงานวัดการส่งสัญญาณได้เกือบ 100% จากนั้นจึงทดสอบระบบหลายระบบที่มีความหนาของสิ่งกีดขวางและความสูงของสิ่งกีดขวางที่แตกต่างกัน – ระบบหลังสามารถปรับได้โดยการเปลี่ยนรัศมีของกระบอกสูบในตะแกรงกั้น ตามที่ไคลน์คาดการณ์ไว้ การส่งสัญญาณที่ใกล้สมบูรณ์แบบไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ทั้งสองนี้

เวลาในอุโมงค์ควอนตัมวัดโดยใช้อะตอมที่เย็นจัด การขุดอุโมงค์ของไคลน์ได้รับการสังเกตสำหรับเสียงในช่วงความถี่กว้าง และการตอบสนองของระบบสามารถปรับได้อย่างละเอียดโดยการปรับขนาดและระยะห่างของกระบอกสูบ เป็นผลให้ Zhang และเพื่อนร่วมงานเชื่อว่าการค้นพบของพวกเขาสามารถนำมาใช้เพื่อเพิ่มการส่งคลื่นเสียงผ่านอินเทอร์เฟซ สิ่งนี้สามารถปรับปรุงระบบโซนาร์ที่ใช้ในการสำรวจพื้นที่ใต้น้ำและอาจนำไปสู่การพัฒนาระบบอัลตราซาวนด์ทางการแพทย์แบบใหม่ที่สามารถมองเห็นสิ่งกีดขวางภายในร่างกายได้ดีขึ้น

ผู้ป่วยโรคมะเร็งที่ได้รับรังสีรักษาที่ศูนย์การแพทย์ Dartmouth-Hitchcock Medical Centerจะได้รับการตรวจสอบการรักษาเพิ่มเติมผ่านการตรวจสอบปริมาณรังสีที่ส่งผ่านแบบเรียลไทม์ระหว่างการรักษา การตรวจสอบการรักษานี้เปิดใช้งานโดยระบบภาพ Cherenkov ซึ่งให้การแสดงภาพรังสีแต่ละลำแบบเรียลไทม์

การถ่ายภาพ Cherenkov เป็นเทคนิคใหม่ที่จับภาพการปล่อยแสงระหว่างการรักษาด้วยรังสี เอฟเฟกต์ Cherenkov เกิดขึ้นเมื่อโฟตอนหรือลำแสงอิเล็กตรอนทำปฏิกิริยากับเนื้อเยื่อ ทำให้เกิดแสงที่แสดงรูปร่างของลำแสงทรีทเมนต์บนผิวของผิวหนัง ความเข้มของแสงนี้เป็นไปตามสัดส่วนของปริมาณรังสีที่จัดส่ง ระบบ ภาพ BeamSite Cherenkov ที่พัฒนาโดยDoseOpticsใช้เทคโนโลยี time-gating เพื่อให้แน่ใจว่าชีพจร linac แต่ละตัวมีส่วนช่วยในการถ่ายภาพ ซอฟต์แวร์รวมเวลาจะสร้างภาพที่ซ้อนทับแบบเรียลไทม์บนตัวผู้ป่วย โดยให้แผนที่ตัวแทนของขนาดยาที่พื้นผิว

Credit : veslebrorserdeg.com walkernoltadesign.com welldonerecords.com wessatong.com wmarinsoccer.com xogingersnapps.com