Pred skoraj 60 leti je dobitnik Nobelove nagrade fizik Nikolaas Bloombergen napovedal nov pojav, imenovan jedrska električna resonanca. Toda tega še nihče ni mogel pokazati v akciji – do zdaj.
Dejanski dokazi o jedrski električni resonanci so bili zaradi napačne opreme po naključju odkriti v laboratoriju na Univerzi v Novem Južnem Walesu (UNSW) v Avstraliji. Preboj daje znanstvenikom novo raven nadzora nad jedri in bi lahko bistveno pospešil razvoj kvantnih računalnikov.
Osrednjega pomena pri tem pojavu je ideja nadzora vrtenja posameznih atomov z uporabo električnih in ne magnetnih polj. To pomeni natančnejši nadzor jeder, ki lahko vpliva na različna področja znanosti.
“To odkritje pomeni, da imamo zdaj možnost graditi kvantne računalnike z uporabo monatomskih vrtljajev, ne da bi moralo delovati kakršno koli vibracijsko magnetno polje,” pravi kvantni fizik Andrea Morello iz UNSW.
“Poleg tega lahko ta jedra uporabljamo kot izjemno natančne senzorje za električna in magnetna polja ali za odgovor na temeljna vprašanja v kvantni znanosti.”
V nekaterih primerih lahko jedrska električna resonanca nadomesti jedrsko magnetno resonanco, ki se danes pogosto uporablja za različne namene: za skeniranje človeških teles, kemičnih elementov, kamnitih formacij in še več.
Težava magnetnega polja je, da zahteva velike tokove, velike tuljave in precejšen prostor.
Če želite spremljati posamezna atomska jedra – morda za kvantno računanje ali zelo majhne senzorje -, potem jedrska magnetna resonanca ni zelo dobro orodje za delo.
“Izvajanje magnetne resonance je kot poskušanje premikanja določene žogice na biljard z dvigovanjem in tresenjem celotne mize,” pravi Morello. “Premaknili bomo ciljno žogo, premaknili pa bomo tudi vse ostale.”
“Odmor v električni resonanci je kot dajanje prave biljardne palice, da žogo udarite točno tam, kjer jo želite.”
Med poskusom jedrske magnetne resonance so raziskovalci UNSW rešili problem, ki ga je leta 1961 postavil Bloombergen, in vse je bilo povezano z zlomljeno anteno. Po nekaj nepričakovanih rezultatih so raziskovalci ugotovili, da njihova oprema ne deluje pravilno, in pokazali jedrsko električno resonanco.
Z nadaljnjimi računalniškimi simulacijami je ekipa lahko pokazala, da lahko električna polja na jedro vplivajo na temeljni ravni, izkrivljajo atomske vezi okoli jedra in povzročajo njegovo preusmeritev.
Zdaj, ko znanstveniki vedo, kako lahko deluje jedrska električna resonanca, lahko raziščejo nove načine za njeno uporabo. Poleg tega lahko to dodamo na vedno večji seznam pomembnih znanstvenih odkritij, ki so bila naključno odkrita.
“Ta izjemen rezultat bo odprl zakladnico odkritij,” pravi Morello. “Sistem, ki smo ga ustvarili, je dovolj dovršen, da preučuje, kako klasični svet, ki ga doživljamo vsak dan, izhaja iz kvantnega področja.”
„Poleg tega lahko njegovo kvantno zapletenost uporabimo za ustvarjanje senzorjev za elektromagnetna polja z občutno izboljšano občutljivostjo. In vse to v preprosti elektronski napravi iz silicija z majhno napetostjo, ki deluje na kovinsko elektrodo. '
Študija je bila objavljena v reviji Nature.
Viri: Foto: UNSW / Tony Melov
