Paket trojských vln - Trojan wave packet
A paket trojských vln je vlnový paket to je nestacionární a nerozporné. Je součástí uměle vytvořeného systému, který se skládá z a jádro a jeden nebo více paketů elektronových vln, a ten je v kontinuálním elektromagnetickém poli velmi vzrušený.
Silní, polarizovaní elektromagnetické pole, drží nebo „zachycuje“ každý paket elektronových vln na záměrně vybrané oběžné dráze (energetická skořápka).[1][2] Odvozují svá jména od trojské asteroidy v systému Sun – Jupiter.[3] Trojské asteroidy obíhají kolem Slunce v roce Jupiter oběžná dráha na své Lagrangeovy rovnovážné body L4 a L5, kde jsou fázově uzamčeny a chráněny před vzájemnou kolizí, a tento jev je analogický se způsobem, jakým je vlnový paket držen pohromadě.
Koncepty a výzkum
Koncept paketu trojských vln je odvozen z prosperující oblasti fyziky, která manipuluje s atomy a ionty na atomové úrovni a vytváří iontové pasti. Iontové pasti umožňují manipulaci s atomy a používají se k vytváření nových stavů hmoty včetně iontové kapaliny, Wignerovy krystaly a Bose – Einsteinovy kondenzáty.[4]Tato schopnost přímo manipulovat s kvantovými vlastnostmi je klíčem k vývoji použitelného v reálném životě nanozařízení jako kvantové tečky a lapače mikročipů. V roce 2004 se ukázalo, že je možné vytvořit past, která je ve skutečnosti jediným atomem. V atomu lze manipulovat s chováním elektronu.[5]
Během experimentů v roce 2004 s použitím atomů lithia v excitovaném stavu byli vědci schopni lokalizovat elektron na klasické oběžné dráze po dobu 15 000 oběžných drah (900 ns). Nešířilo se ani nerozptylovalo. Tento „klasický atom“ byl syntetizován „uvázáním“ elektronu pomocí mikrovlnného pole, ke kterému je jeho pohyb fázově uzamčen. Fázový zámek elektronů v této jedinečné atomové soustavě je, jak již bylo zmíněno výše, analogický s fázově uzamčenými asteroidy Jupiterovy dráhy.[6]
Techniky zkoumané v tomto experimentu představují řešení problému, který sahá až do roku 1926. Fyzici si v té době uvědomili, že jakýkoli původně lokalizovaný vlnový paket se nevyhnutelně rozšíří po oběžné dráze elektronů. Fyzik si všiml, že „vlnová rovnice je disperzní pro atomový Coulombův potenciál.“ V 80. letech několik skupin vědců dokázalo, že to je pravda. Vlnové pakety se šířily po oběžných drahách a koherentně do sebe zasahovaly. Inovace skutečného světa realizovaná experimenty, jako jsou pakety trojských vln, v poslední době lokalizují vlnové pakety, tj. Bez rozptylu. Aplikováním polarizovaného kruhového EM pole na mikrovlnných frekvencích synchronizovaných s paketem elektronových vln se záměrně udržují pakety elektronových vln na oběžné dráze typu Lagrange.[7][8]Paketové experimenty s trojskými vlnami stavěly na předchozí práci s atomy lithia ve vzrušeném stavu. Jedná se o atomy, které citlivě reagují na elektrická a magnetická pole, mají doby rozpadu, které jsou relativně prodloužené, a elektrony, které ve všech směrech a účelech skutečně fungují na klasických drahách. Citlivost na elektrické a magnetické pole je důležitá, protože to umožňuje kontrolu a reakci polarizovaného mikrovlnného pole.[9]
Kromě paketů s jedinou elektronovou vlnou
Dalším logickým krokem je pokus o přechod z paketů s jednou elektronovou vlnou na více než jeden elektron vlnový paket. Toho bylo již dosaženo v baryum atomy, se dvěma pakety elektronových vln. Tito dva byli lokalizováni. Nakonec se však vytvořily disperze po srážce blízko jádra. Jiná technika využívala nedisperzní pár elektronů, ale jeden z nich musel mít lokalizovanou dráhu blízko jádra. Demonstrace nedisperzních dvou elektronových trojských vlnových paketů to všechno mění. Jedná se o další krok analogu vlnových paketů elektronů Trojan - a je určen pro excitované atomy helia.[11][12]
V červenci 2005 byly vytvořeny atomy s koherentními, stabilními dvou elektronovými nedispergujícími vlnovými pakety. Jedná se o vzrušené atomy podobné heliu, nebo kvantová tečka helium (v pevné skupenství aplikace) a jsou atomovými (kvantovými) analogy k tři tělesné problémy Newtonových klasická fyzika, který zahrnuje dnešní astrofyzika. V tandemu, kruhově polarizovaný elektromagnetické a magnetické pole stabilizuje konfiguraci dvou elektronů v atom helia nebo hélium s kvantovou tečkou (se středem nečistot). Stabilita je udržována do značné míry spektrum, a proto je konfigurace dvou paketů elektronových vln považována za skutečně nedisperzní. Například s heliem s kvantovou tečkou, nakonfigurovaným pro omezování elektronů ve dvou prostorových dimenzích, nyní existuje celá řada konfigurací paketů trojských vln se dvěma elektrony a od roku 2005 pouze jedna ve třech rozměrech.[13] V roce 2012 byl učiněn zásadní experimentální krok nejen k generování, ale také uzamčení trojských vlnových balíčků na adiabaticky změněné frekvenci a rozšíření atomů, jak předpověděl Kalinski a Eberly.[14] Umožní vytvořit dva elektrony Langmuir Pakety trojských vln v héliu sekvenční excitací v adiabatickém Starku, který je schopný pole vytvořit aureolu v kruhu s jedním elektronem On+
nejprve a poté vložte druhý elektron do podobného stavu.[15]
Viz také
Reference
- ^ Bialynicka-Birula, Žofie; Bialynicki-Birula, Iwo (1997). "Radiační rozpad paketů trojských vln" (PDF). Fyzický přehled A. 56 (5): 3623. Bibcode:1997PhRvA..56.3623B. doi:10.1103 / PhysRevA.56.3623.
- ^ Kalinski, Maciej; Eberly, JH (1996). "Trojské vlnové pakety: Mathieuova teorie a generace z kruhových stavů". Fyzický přehled A. 53 (3): 1715–1724. Bibcode:1996PhRvA..53,1715K. doi:10.1103 / PhysRevA.53.1715. PMID 9913064.
- ^ Kochański, Piotr; Bialynicka-Birula, Žofie; Bialynicki-Birula, Iwo (2000). "Stlačení elektromagnetického pole v dutině elektrony v trojských státech". Fyzický přehled A. 63 (1): 013811. arXiv:quant-ph / 0007033v1. Bibcode:2001PhRvA..63a3811K. doi:10.1103 / PhysRevA.63.013811.
- ^ Andrews, M. R.; C. G. Townsend; H.-J. Miesner; D. S. Durfee; D. M. Kurn; W. Ketterle (1997). "Pozorování interference mezi dvěma Bose kondenzáty". Věda. 275 (5300): 637–641. CiteSeerX 10.1.1.38.8970. doi:10.1126 / science.275.5300.637. PMID 9005843.
- ^ Maeda, H. & Gallagher, T. F. (2004). "Nedispergující vlnové pakety". Phys. Rev. Lett. 92 (13): 133004. Bibcode:2004PhRvL..92m3004M. doi:10.1103 / PhysRevLett.92.133004. PMID 15089602.
- ^ Maeda, H .; D. V. L. Norum; T. F. Gallagher (2005). "Mikrovlnná manipulace atomového elektronu na klasické oběžné dráze". Věda. 307 (5716): 1757–1760. Bibcode:2005Sci ... 307.1757M. doi:10.1126 / science.1108470. PMID 15705805.Původně publikováno ve Science Express 10. února 2005
- ^ Stroud, C. R. Jr. (2009). „Astronomické řešení starého kvantového problému“. Fyzika. 2 (19): 19. Bibcode:2009PhyOJ ... 2 ... 19S. doi:10.1103 / Fyzika. 2.19.
- ^ Murray, C. D .; Dermot, S.F. (2000). Dynamika sluneční soustavy. Cambridge, Velká Británie: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-57597-3.
- ^ Metcalf Research Group (11. 11. 2004). „Atomová optika Rydberg“. Univerzita Stoney Brook. Archivovány od originál 26. srpna 2005. Citováno 2008-07-30.
- ^ Joy Manners (2000). Kvantová fyzika: Úvod. CRC Press. str. 53–56. ISBN 978-0-7503-0720-8.
- ^ Brodsky, M .; Zhitenev, NB; Ashoori, RC; Pfeiffer, LN; West, KW (2000). „Lokalizace v umělé poruše: dvě spojené kvantové tečky“. Dopisy o fyzické kontrole. 85 (11): 2356–9. arXiv:cond-mat / 0001455. Bibcode:2000PhRvL..85,2356B. doi:10.1103 / PhysRevLett.85.2356. PMID 10978009.
- ^ Berman, D .; Zhitenev, N .; Ashoori, R .; Shayegan, M. (1999). "Pozorování kvantových výkyvů náboje na kvantové tečce". Dopisy o fyzické kontrole. 82 (1): 161–164. arXiv:cond-mat / 9803373. Bibcode:1999PhRvL..82..161B. doi:10.1103 / PhysRevLett.82.161.
- ^ Kalinski, Matt; Hansen, Loren; David, Farrelly (2005). „Nedisperzivní dvouelektronové vlnové pakety v atomu helia“. Dopisy o fyzické kontrole. 95 (10): 103001. Bibcode:2005PhRvL..95j3001K. doi:10.1103 / PhysRevLett.95.103001. PMID 16196925.
- ^ Kalinski, M .; Eberly, J. (1997). "Vedení elektronových drah s cvrlikajícím světlem". Optika Express. 1 (7): 216–20. Bibcode:1997Oexpr ... 1..216K. doi:10,1364 / OE.1.000216. PMID 19373404.
- ^ Wyker, B .; Ano.; Dunning, F. B .; Yoshida, S .; Reinhold, CO; Burgdörfer, J. (2012). „Vytváření a přenos paketů trojských vln“ (PDF). Dopisy o fyzické kontrole. 108 (4): 043001. Bibcode:2012PhRvL.108d3001W. doi:10.1103 / PhysRevLett.108.043001. PMID 22400833.
Další čtení
Knihy
- March, Raymond E .; John F. J. Todd (1995). Praktické aspekty hmotnostní spektrometrie iontových pastí: Svazek I: Základy hmotnostní spektrometrie iontových pastí. USA: CRC Press. ISBN 978-0-8493-4452-7.
- March, Raymond E .; John F. Todd (2005). Hmotnostní spektrometrie s kvadrupólovou iontovou pastí (2. vyd.). Wiley, John & Sons, Incorporated. ISBN 978-0-471-48888-0.
Články v časopisech
- Sirko, L .; Koch, P. M. (1995). "Aproximace kyvadla pro hlavní kvantovou rezonanci v periodicky poháněných atomech vodíku". Aplikovaná fyzika B: Lasery a optika. 60: S195 – S202.
- Klar, H. (1989). "Periodické dráhy v atomovém vodíku vystavené kruhově polarizovanému laserovému světlu". Zeitschrift für Physik D. 11 (1): 45–52. Bibcode:1989ZPhyD..11 ... 45K. doi:10.1007 / BF01436583.
- Maeda, H .; Gurian, J. H .; Gallagher, T. F. (2009). "Nedispergující pakety Bohr Wave". Dopisy o fyzické kontrole. 102 (10): 103001–103004. Bibcode:2009PhRvL.102j3001M. doi:10.1103 / PhysRevLett.102.103001.
- Stroud, C. R., Jr. (2009). „Astronomické řešení starého kvantového problému“. Fyzika. 2: 19. Bibcode:2009PhyOJ ... 2 ... 19S. doi:10.1103 / Fyzika 2.19.
externí odkazy
- Aharonov-Bohmovy oscilace v „trojských elektronech“
- Experimentální vytvoření „Trojan Wave Packets“ - přednáška Barryho Dunningsa Youtube
- Multi-elektronová rozšíření „Trojan Wave Packets“ - přednáška Matta Kalinského Youtube
- Opačný jev - Cykloatomy (PPT Prezentace Robert Wagner)- zrychlené protiintuitivní relativistické šíření ostrého paketu Gaussových vln původně připomínajících základní stav do kruhu v atomu vodíku v ultra-silném magnetickém a laserovém poli (animace)