Jump to content

Троянский волновой пакет

Анимация эволюции волнового пакета трояна
Классическая симуляция троянского волнового пакета на домашнем микрокомпьютере ZX Spectrum 1982 года выпуска . Пакет аппроксимируется ансамблем точек, первоначально случайно локализованных в пределах пика гауссианы и движущихся согласно уравнениям Ньютона . Ансамбль остается локализованным. Для сравнения следует второе моделирование, когда напряженность электрического (вращающегося) поля с круговой поляризацией равна нулю и пакет (точки) полностью распространяется по кругу.

Троянский волновой пакет — это волновой пакет нестационарный и нераспространяющийся . Это часть искусственно созданной системы, состоящей из ядра и одного или нескольких электронных волновых пакетов и сильно возбуждаемой непрерывным электромагнитным полем. Его открытие как один из значительных вкладов в квантовую теорию было награждено медалью Вигнера 2022 года Иво Бялиницкого-Бирулы. [1]

Сильное поляризованное электромагнитное поле удерживает или «захватывает» каждый электронный волновой пакет на намеренно выбранной орбите (энергетической оболочке). [2] [3] Они получили свои названия от троянских астероидов в системе Солнце-Юпитер. [4] Троянские астероиды вращаются вокруг Солнца на точках орбите Юпитера в его лагранжевого равновесия L4 и L5, где они синхронизированы по фазе и защищены от столкновений друг с другом, и это явление аналогично тому, как волновой пакет удерживается вместе.

Концепции и исследования

[ редактировать ]

Концепция троянского волнового пакета заимствована из процветающей области физики, которая манипулирует атомами и ионами на атомном уровне, создавая ионные ловушки . Ионные ловушки позволяют манипулировать атомами и используются для создания новых состояний материи, включая ионные жидкости , кристаллы Вигнера и конденсаты Бозе-Эйнштейна . [5] Эта способность напрямую манипулировать квантовыми свойствами является ключом к разработке применимых наноустройств, таких как квантовые точки и микрочипы-ловушки. В 2004 году было показано, что можно создать ловушку, которая на самом деле представляет собой один атом. Внутри атома поведением электрона можно манипулировать. [6]

В ходе экспериментов 2004 года с использованием атомов лития в возбужденном состоянии исследователям удалось локализовать электрон на классической орбите за 15 000 оборотов (900 нс). Оно не распространялось и не рассеивалось. Этот «классический атом» был синтезирован путем «привязки» электрона с помощью микроволнового поля, с которым его движение синхронизировано по фазе. Фазовая синхронизация электронов в этой уникальной атомной системе, как упоминалось выше, аналогична фазовой синхронизации астероидов на орбите Юпитера. [7]

Методы, исследованные в этом эксперименте, являются решением проблемы, которая возникла еще в 1926 году. Физики того времени поняли, что любой изначально локализованный волновой пакет неизбежно будет распространяться по орбите электронов. Физики заметили, что «волновое уравнение является дисперсионным для атомного кулоновского потенциала». В 1980-х годах несколько групп исследователей доказали, что это правда. Волновые пакеты распространялись по всем орбитам и когерентно интерферировали друг с другом. Недавно реальная инновация, реализованная с помощью таких экспериментов, как троянские волновые пакеты, заключается в локализации волновых пакетов, то есть без дисперсии. Применение поляризованного кругового электромагнитного поля на микроволновых частотах, синхронизированного с электронным волновым пакетом, намеренно удерживает электронные волновые пакеты на орбите лагранжевого типа. [8] [9] Эксперименты с троянскими волновыми пакетами основаны на предыдущих работах с атомами лития в возбужденном состоянии. Это атомы, которые чувствительно реагируют на электрические и магнитные поля, имеют относительно продолжительные периоды распада, и электроны, которые фактически действуют на классических орбитах. Чувствительность к электрическим и магнитным полям важна, поскольку она позволяет контролировать поляризованное микроволновое поле и реагировать на него. [10]

За пределами одноэлектронных волновых пакетов

[ редактировать ]
В физике волновой пакет — это короткий «всплеск» или «оболочка» волнового действия, которая распространяется как единое целое. Волновой пакет может быть проанализирован или синтезирован из бесконечного набора составляющих синусоидальных волн с разными волновыми числами , с такими фазами и амплитудами, что они конструктивно интерферируют только в небольшой области пространства и деструктивно в других местах. [11]

Следующим логическим шагом является попытка перейти от одиночных электронных волновых пакетов к более чем одному электронному волновому пакету . Это уже было достигнуто в бария атомах с двумя электронными волновыми пакетами. Эти двое были локализованы. Однако в конечном итоге они создали дисперсию после столкновения вблизи ядра . Другой метод использовал недисперсионную пару электронов, но один из них должен был иметь локализованную орбиту, близкую к ядру. Демонстрация недисперсионных двухэлектронных троянских волновых пакетов все меняет. Это следующий шаг аналога одного электрона.Троянские волновые пакеты – и предназначены для возбужденных атомов гелия. [12] [13]

По состоянию на июль 2005 года были созданы атомы с когерентными стабильными двухэлектронными недиспергирующими волновыми пакетами. Это возбужденные гелиоподобные атомы или квантовые точки гелия (в твердотельных приложениях) и являются атомными (квантовыми) аналогами задачи трех тел Ньютона классической физики , которая включает в себя современную астрофизику . В тандеме электромагнитное и магнитное поля с круговой поляризацией стабилизируют двухэлектронную конфигурацию в атоме гелия или квантовую точку гелия (с примесным центром). Стабильность сохраняется в широком спектре , поэтому конфигурация двух электронных волновых пакетов считается истинно недисперсионной. Например, благодаря квантовой точке гелия, сконфигурированной для удержания электронов в двух пространственных измерениях, теперь существует множество конфигураций троянских волновых пакетов с двумя электронами, а по состоянию на 2005 год - только с одним в трех измерениях. [14] В 2012 году был предпринят важный экспериментальный шаг: не только генерация, но и блокировка троянских волновых пакетов на адиабатически измененной частоте и расширение атомов, как когда-то предсказывали Калински и Эберли . [15] Это позволит создать в гелии двухэлектронный троянский волновой пакет Ленгмюра путем последовательного возбуждения в адиабатическом штарковском полеспособен создать круглый одноэлектронный ореол над He +
сначала, а затем поместите второй электрон в аналогичное состояние. [16]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Бялыницкий-Бирула, Иво; Калински, Мэтт; Эберли, Дж. Х. (1994). «Точки равновесия Лагранжа в небесной механике и пакеты нераспространяющихся волн для сильно управляемых ридберговских электронов» (PDF) . Письма о физических отзывах . 73 (13): 1777–1780. Бибкод : 1994PhRvL..73.1777B . doi : 10.1103/PhysRevLett.73.1777 . ПМИД   10056884 .
  2. ^ Бялыницкая-Бирула, Зофья; Бялыницкий-Бирула, Иво (1997). «Радиационный распад троянских волновых пакетов» (PDF) . Физический обзор А. 56 (5): 3623. Бибкод : 1997PhRvA..56.3623B . дои : 10.1103/PhysRevA.56.3623 .
  3. ^ Калински, Мацей; Эберли, Дж. Х. (1996). «Троянские волновые пакеты: теория Матье и генерация из круговых состояний». Физический обзор А. 53 (3): 1715–1724. Бибкод : 1996PhRvA..53.1715K . дои : 10.1103/PhysRevA.53.1715 . ПМИД   9913064 .
  4. ^ Кочанский, Петр; Бялыницкая-Бирула, Зофья; Бялиницкий-Бирула, Иво (2000). «Сжатие электромагнитного поля в полости электронами в троянских состояниях». Физический обзор А. 63 (1): 013811. arXiv : quant-ph/0007033v1 . Бибкод : 2000PhRvA..63a3811K . дои : 10.1103/PhysRevA.63.013811 . S2CID   36895794 .
  5. ^ Эндрюс, MR; К. Г. Таунсенд; Х.-Ж. Миснер; сержант Дарфи; Д.М. Курн; В. Кеттерле (1997). «Наблюдение интерференции между двумя бозе-конденсатами». Наука . 275 (5300): 637–641. CiteSeerX   10.1.1.38.8970 . дои : 10.1126/science.275.5300.637 . ПМИД   9005843 . S2CID   38284718 .
  6. ^ Маэда, Х. и Галлахер, Т.Ф. (2004). «Недиспергирующие волновые пакеты». Физ. Преподобный Летт . 92 (13): 133004. Бибкод : 2004PhRvL..92m3004M . doi : 10.1103/PhysRevLett.92.133004 . ПМИД   15089602 .
  7. ^ Маэда, Х.; ДВЛ Норум; Т.Ф. Галлахер (2005). «Микроволновое манипулирование атомным электроном на классической орбите». Наука . 307 (5716): 1757–1760. Бибкод : 2005Sci...307.1757M . дои : 10.1126/science.1108470 . ПМИД   15705805 . S2CID   12153532 . Первоначально опубликовано в журнале Science Express 10 февраля 2005 г.
  8. ^ Страуд, Ч.Р. младший (2009). «Астрономическое решение старой квантовой проблемы» . Физика . 2 (19): 19. Бибкод : 2009PhyOJ...2...19S . дои : 10.1103/Физика.2.19 .
  9. ^ Мюррей, компакт-диск; Дермот, Сан-Франциско (2000). Динамика Солнечной системы . Кембридж, Соединенное Королевство: Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-57597-3 .
  10. ^ Исследовательская группа Меткалфа (08 ноября 2004 г.). «Ридберг Атом Оптикс» . Университет Стони Брук. Архивировано из оригинала 26 августа 2005 года . Проверено 30 июля 2008 г.
  11. ^ Радостные манеры (2000). Квантовая физика: Введение . ЦРК Пресс. стр. 53–56. ISBN  978-0-7503-0720-8 .
  12. ^ Бродский, М.; Житенев, Н.Б.; Ашури, Колорадо; Пфайффер, Л.Н.; Уэст, КВ (2000). «Локализация в искусственном беспорядке: две связанные квантовые точки». Письма о физических отзывах . 85 (11): 2356–9. arXiv : cond-mat/0001455 . Бибкод : 2000PhRvL..85.2356B . doi : 10.1103/PhysRevLett.85.2356 . ПМИД   10978009 . S2CID   22967562 .
  13. ^ Берман, Д.; Житенев Н.; Ашури, Р.; Шайеган, М. (1999). «Наблюдение квантовых флуктуаций заряда на квантовой точке». Письма о физических отзывах . 82 (1): 161–164. arXiv : cond-mat/9803373 . Бибкод : 1999PhRvL..82..161B . doi : 10.1103/PhysRevLett.82.161 . S2CID   26475397 .
  14. ^ Калински, Мэтт; Хансен, Лорен; Дэвид, Фаррелли (2005). «Недисперсионные двухэлектронные волновые пакеты в атоме гелия». Письма о физических отзывах . 95 (10): 103001. Бибкод : 2005PhRvL..95j3001K . doi : 10.1103/PhysRevLett.95.103001 . ПМИД   16196925 .
  15. ^ Калински, М.; Эберли, Дж. (1997). «Направление электронных орбит с помощью чирпированного света». Оптика Экспресс . 1 (7): 216–20. Бибкод : 1997OExpr...1..216K . дои : 10.1364/OE.1.000216 . ПМИД   19373404 .
  16. ^ Уайкер, Б.; Да.; Даннинг, ФБ; Ёсида, С.; Рейнхольд, Колорадо; Бургдёрфер, Дж. (2012). «Создание и транспортировка троянских пакетов Wave» (PDF) . Письма о физических отзывах . 108 (4): 043001. Бибкод : 2012PhRvL.108d3001W . doi : 10.1103/PhysRevLett.108.043001 . ПМИД   22400833 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]

Журнальные статьи

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 6e7619b3465748b352c14fa56ea8cf0e__1709511600
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/6e/0e/6e7619b3465748b352c14fa56ea8cf0e.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Trojan wave packet - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)