Lähes 60 vuotta sitten Nobel-palkittu fyysikko Nikolaas Bloombergen ennusti uuden ilmiön, jota kutsutaan ydinsähköresonanssiksi. Mutta kukaan ei ole pystynyt osoittamaan sitä toiminnassa – tähän asti.
Todellisia todisteita ydinsähköisestä resonanssista löydettiin vahingossa Australian Etelä-Walesin yliopiston (UNSW) laboratoriosta viallisten laitteiden ansiosta. Läpimurto antaa tutkijoille uuden tason hallinnan ytimissä ja voi nopeuttaa dramaattisesti kvanttitietokoneiden kehitystä.
Keskeistä tässä ilmiössä on ajatus yksittäisten atomien pyörimisen hallitsemisesta käyttämällä pikemminkin sähköisiä kuin magneettikenttiä. Tämä tarkoittaa ytimien tarkempaa hallintaa, joka voi vaikuttaa eri tieteenaloihin.
“Tämä löytö tarkoittaa, että meillä on nyt kyky rakentaa kvanttitietokoneita käyttämällä monatomisia pyörityksiä ilman, että tarvitsee mitään tärinämagneettista kenttää toimimaan”, sanoo kvanttifysiikka Andrea Morello UNSW: stä.
“Lisäksi voimme käyttää näitä ytimiä erinomaisesti tarkkoina sähkö- ja magneettikenttien antureina tai vastata kvanttitieteen perustavanlaatuisiin kysymyksiin.”
Joissakin tilanteissa ydinaseiden resonanssi voi korvata ydinmagneettisen resonanssin, jota käytetään nykyään laajalti eri tarkoituksiin: ihmiskehojen, kemiallisten alkuaineiden, kalliomuodostelmien ja muun tutkimiseen.
Magneettikentän ongelma on, että se vaatii suuria virtoja, suuria keloja ja huomattavaa tilaa.
Jos haluat tarkkailla yksittäisiä atomiytimiä – ehkä kvanttilaskennalle tai hyvin pienille antureille -, ydinmagneettinen resonanssi ei ole kovin hyvä työkalu työskennellä.
“Magneettikuvaus on kuin yritetään siirtää tietty pallo biljardipöydälle nostamalla ja ravistamalla koko pöytää”, Morello sanoo. 'Siirrämme kohdepalloa, mutta liikutamme myös kaikkia muita.'
“Tauko sähköresonanssissa on kuin antaa todellinen biljardipuikko lyömään palloa juuri sinne, missä haluat.”
UNSW: n tutkijat ratkaisivat Bloombergenin vuonna 1961 aiheuttaman ongelman ydinmagneettisen resonanssikokeen aikana, ja kaikki liittyi rikkoutuneeseen antenniin. Odottamattomien tulosten jälkeen tutkijat tajusivat, että heidän laitteidensa olivat toimintahäiriöitä – ja osoittivat ydinaseiden resonanssin.
Seuraavilla tietokonesimulaatioilla joukkue pystyi osoittamaan, että sähkökentät voivat vaikuttaa ytimeen perustasolla, vääristämällä ytimen ympärillä olevia atomisidoksia ja aiheuttaen sen uudelleen suuntaamisen.
Nyt kun tiedemiehet tietävät, kuinka ydinaseiden resonanssi voi toimia, he voivat tutkia uusia tapoja käyttää sitä. Lisäksi voimme lisätä tämän kasvavaan luetteloon merkittäviä tieteellisiä löytöjä, jotka on tehty vahingossa.
“Tämä merkittävä tulos avaa aarteiden löytöjä”, Morello sanoo. “Luomamme järjestelmä on riittävän monimutkainen tutkimaan, kuinka päivittäin kokema klassinen maailma tulee ulos kvanttialueesta.”
'Lisäksi voimme käyttää sen kvanttimutkaisuutta luoda antureita sähkömagneettisille kentille, joiden herkkyys on huomattavasti parempi. Ja kaikki tämä yksinkertaisessa elektronisessa laitteessa, joka on valmistettu piistä ja pienellä jännitteellä metallielektrodiin. '
Tutkimus julkaistiin Nature-lehdessä.
Lähteet: Kuva: UNSW / Tony Melov
