EO

Koude atomen en ionen nu mengbaar

05 februari 2020 om 13:16 uur

Artist impression van de experimentele opstelling. De atomen worden door laserstralen op hun plaats gehouden; het ion door elektrische velden. De botsingen tussen de atomen en het ion betreden terwijl het ion afkoelt het kwantumregime.

In de afgelopen jaren hebben natuurkundigen technieken ontwikkeld om extreem koude atomen en ionen te maken. Deze ultra-koude deeltjes hebben allerlei toepassingen: ze kunnen bijvoorbeeld gebruikt worden als bouwstenen voor kwantumcomputers en heel nauwkeurige klokken. Idealiter zou men voor zulke toepassingen ook de beschikking willen hebben over mengsels van koude atomen en ionen, maar tot nu toe was het alleen mogelijk om de afzonderlijke soorten deeltjes af te koelen tot de benodigde temperaturen. Een aantal UvA-natuurkundigen is er nu in geslaagd om een dergelijk ultra-koud mengsel te maken.


De resultaten zijn gepubliceerd in Nature Physics.

 

In het experiment dompelden de onderzoekers een enkel gevangen ion onder in een wolk van zo'n tienduizend atomen met een temperatuur van een paar microkelvin. Met behulp van technieken die ontwikkeld werden voor gevangen ionen in kwantumcomputers konden ze de bewegingsenergie van het ion in de gaten houden terwijl het werd afgekoeld door het bad van atomen. Het zou voor de hand liggen dat het ion na een aantal botsingen dezelfde temperatuur krijgt als het atomenbad, maar de oscillerende elektrische velden die het ion op zijn plaats gevangen houden, maken de situatie ingewikkelder. Door deze elektrische velden kan er namelijk juist warmte ontstaan als het ion met een atoom botst. Vanwege dit effect was het tot nu toe niet mogelijk om een mengsel van atomen en ionen in het kwantum-temperatuurregime te maken.

 

Smoking gun

Enkele jaren geleden werd door wetenschappers van het MIT berekend dat deze ongewenste verwarmingseffecten konden worden verzacht door een heel zwaar ion te mengen met atomen die juist heel licht zijn. In het experiment in Amsterdam werd daarom een enkel ytterbium-ion (171Yb+) ondergedompeld in een wolk van lithium-atomen (6Li). Deze combinatie heeft, van alle atoom- en ionsoorten die goed met lasers te manipuleren zijn, de grootste verhouding tussen de massa's. De onderzoekers maten de bewegingsenergie van de atomen en het ion in alle bewegingsrichtingen en concludeerden dat de botsingsenergie tussen de atomen en het ion de zogeheten s-wave-limiet bereikt. In dit regime is de kwantumtheorie noodzakelijk om de botsing te kunnen beschrijven.


Als ‘smoking gun' presenteren de auteurs metingen aan botsingen tussen de atomen en het ion waarin ion en atoom wisselen van spintoestand. Deze botsingen schenden de klassieke resultaten afkomstig uit een beschrijving die bekend staat als Lange-vintheorie - een duidelijke aanwijzing voor het feit dat in de botsingen ook kwantumverschijnselen een rol spelen. Door hun meetgegevens te fitten met theoretische voorspellingen, ontwikkeld in de groep van dr. Tomza in Warschau, berekenen de auteurs de verstrooiingslengtes - parameters die de kwantumverstrooiing volledig bepalen.


De resultaten effenen de weg naar allerlei nieuwe mogelijkheden, zoals het onderzoek van kort-bestaande configuraties van atomen en ionen die bekend staan als magneto-moleculaire resonanties. Deze configuraties, ook wel Feschbach-resonanties genoemd, zijn het werkpaard van de kwantumsimulatoren die uit alleen atomen bestaan, maar zijn nog nooit waargenomen tussen atomen en ionen, aangezien de benodigde temperaturen buiten bereik waren. Het nu gemaakte mengsel van atomen en ionen zou daarom als nieuw platform kunnen dienen voor kwantumsimulaties van veeldeeltjesverschijnselen zoals het natuurkundige gedrag van geladen oneffenheden die wisselwerken met een kwantumvloeistof. Een verdere interessante mogelijkheid is het gebruik van een wolk van koude atomen om een kwantumcomputer die gebruik maakt van koude ionen doorlopend te koelen.
 

 

Gerelateerd nieuws

Hoe je een gebroken hart heelt

Hoe heel je een gebroken hart?

Als de hartspier beschadigd is, is het repareren van het constant actieve orgaan een uitdaging. Empa-onderzoekers werken echter aan een op de natuur geïnspireerde weefsellijm die laesies in spierweefsel kan herstellen.…

Help zwarte gaten ontdekken in het Lofar Radio Galaxy Zoo-project

Zwarte gaten ontdekken in het Lofar Radio Galaxy Zoo-project

Wetenschappers van Astromn en de universiteit Leiden zoeken hulp om de oorsprong te vinden van honderdduizenden sterrenstelsels die zijn ontdekt door radiotelescoop Lofar.

Wetenschappers bevestigen eindelijk een 50-jarige theorie in de mechanica

Wetenschappers bevestigen eindelijk een 50-jarige theorie in de mechanica

Een experiment door EPFL-onderzoekers heeft een theorie bevestigd die al meer dan een halve eeuw in de mechanica wordt gebruikt - ondanks dat hij nooit volledig is gevalideerd. Het team wil de narrow groove theory nu op…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Semiflexibele printplaten (PCB)

Semiflexibele printplaten bestaan uit gespecialiseerde FR-4-materialen en worden gemaakt volgens een specifieke...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

3 maart 2020, Den Bosch

High Speed and Radio frequency PCBs

Seminar about High Speed and Radio frequency PCBs

4 maart 2020, Veldhoven

RapidPro

Op weg naar de Digitale Productie

10 maart 2020, Vianen

Masterclass Machineveiligheid XL

Meer agendapunten »