Преди близо 60 години носителят на Нобелова награда физик Николаас Блумбърген предсказа нов феномен, наречен ядрен електрически резонанс. Но никой не е успял да го демонстрира в действие – досега.
Действителни доказателства за ядрен електрически резонанс бяха случайно открити в лаборатория в Университета на Нов Южен Уелс (UNSW) в Австралия, благодарение на неизправно оборудване. Пробивът дава на учените ново ниво на контрол над ядрата и може драстично да ускори развитието на квантовите компютри.
От основно значение за това явление е идеята за контролиране на въртенето на отделните атоми с електрическо, а не с магнитно поле. Това означава по-прецизен контрол на ядрата, което може да засегне различни области на науката.
„Това откритие означава, че вече имаме способността да изграждаме квантови компютри, използвайки едноатомни завъртания, без да е необходимо каквото и да е вибрационно магнитно поле да работи“, казва квантовият физик Андреа Морело от UNSW.
“Освен това можем да използваме тези ядра като изключително точни сензори за електрически и магнитни полета или да отговорим на основни въпроси в квантовата наука.”
В някои ситуации ядрено-електричният резонанс може да замени ядрено-магнитния резонанс, който днес се използва широко за различни цели: за сканиране на човешки тела, химически елементи, скални образувания и др.
Проблемът с магнитното поле е, че то изисква високи токове, големи намотки и значително пространство.
Ако искате да наблюдавате отделни атомни ядра – може би за квантови изчисления или много малки сензори – тогава ядрено-магнитният резонанс не е много добър инструмент за работа.
„Извършването на магнитен резонанс е като да се опиташ да преместиш определена топка върху билярдна маса, като повдигнеш и разклатиш цялата маса“, казва Морело. „Ще преместим прицелната топка, но ще преместим и всички останали.“
„Да направиш пробив в електрическия резонанс е все едно да дадеш истинска билярдна пръчка, за да удариш топката точно там, където искаш.“
По време на експеримента с ядрено-магнитен резонанс изследователите на UNSW решават проблема, поставен от Bloombergen през 1961 г., и всичко е свързано със счупена антена. След някои неочаквани резултати изследователите осъзнаха, че оборудването им функционира неправилно – и демонстрираха ядрен електрически резонанс.
С последващи компютърни симулации екипът успя да покаже, че електрическите полета могат да повлияят на ядрото на основно ниво, изкривявайки атомните връзки около ядрото и го кара да се преориентира.
Сега, когато учените знаят как може да работи ядрено-електричният резонанс, те могат да изследват нови начини за неговото използване. Освен това можем да добавим това към нарастващия списък на значителни научни открития, направени случайно.
„Този забележителен резултат ще отвори съкровище от открития“, казва Морело. “Системата, която създадохме, е достатъчно сложна, за да проучи как класическият свят, който изпитваме всеки ден, излиза от квантовата сфера.”
„Освен това можем да използваме неговата квантова сложност, за да създадем сензори за електромагнитни полета със значително подобрена чувствителност. И всичко това в просто електронно устройство, изработено от силиций с малко напрежение, приложено към метален електрод. '
Изследването е публикувано в списание Nature.
Източници: Снимка: УНСС / Тони Мелов
