가장 빠르게 회전하는 인공 객체 생성

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전원석 어디에서 머물러도

.나노 입자의 양자 광학 냉각

2019 년 3 월 29 일 ,로 비엔나 대학 단단히 집속 된 레이저 필드는 두 개의 반사되는 거울, 즉 광학 캐비티 사이에서 나노 입자를 포착합니다. 이 광학 공명기를 따라 우선적 인 산란은 세 방향 모두에서 나노 입자 운동의 냉각을 유도합니다. 신용 : Aspelmeyer 그룹 / University of Vienna

입자가 환경과 완전히 분리되면 양자 물리의 법칙이 중요한 역할을하기 시작합니다. 양자 효과를 확인하는 중요한 요구 사항 중 하나는 파티클 모션에서 모든 열 에너지를 제거하는 것입니다. 즉 절대 온도가 0에 가깝도록 냉각하는 것입니다. 오스트리아 과학 아카데미와 메사추세츠 공과 대학교 (MIT)의 비엔나 대학 연구진은 부상 된 나노 입자 냉각을위한 새로운 방법을 시연함으로써이 목표를 달성하는 데 한 걸음 더 가까워졌습니다. 그들은 이제 유명한 저널 Physical Review Letters에 결과를 발표합니다 . 단단히 집중된 레이저 광선 은 유리 입자 에서 살아있는 세포에 이르기까지 작은 물체를 잡아서 조작하기 위해 광학 "족집게"역할을 할 수 있습니다 . 이 방법의 개발은 작년 노벨 물리학상을 수상한 Arthur Ashkin을 얻었습니다. 지금까지 대부분의 실험이 대기 또는 액체에서 수행되었지만 광 진공 핀셋 을 사용하여 초고 진공에서 물체를 잡아낼 수있는 관심이 증가하고 있습니다 . 이러한 고립 입자는 전례없는 감지 성능을 발휘할뿐만 아니라 기본 nanoscopic 열 엔진의 프로세스 또는 큰 질량을 포함하는 양자 현상. 이러한 연구 노력의 핵심 요소는 양자 물리학의 법칙이 자신의 행동을 지배하는 정권에서 이상적으로 입자 운동을 완벽하게 제어하는 것입니다. 이것을 달성하기위한 이전의 시도는 광학 집게 그 자체를 변조하거나 반사율이 높은 거울 구성 (즉, 광학 공동) 사이의 추가 조명 필드에 입자를 담갔다. 그러나, 레이저 소음 및 큰 필요한 레이저 강도는 이러한 방법에 실질적인 제한을 가했다. "우리의 새로운 냉각 계획은 양자 제어에 대한 비슷한 도전이있는 원자 물리학 커뮤니티에서 직접 빌려온 것입니다."라고 오스트리아 비엔나 대학의 연구원이 Physical Review Letters 에 발표 한 최근 연구의 수석 저자 인 Uros Delic은 말합니다. Sciences)와 매사추세츠 공과 대학 (MIT)이 있으며, Markus Aspelmeyer가 이끌었다. 이 아이디어는 Innsbruck 물리학자인 Helmut Ritsch와 미국 물리학 자 Vladan Vuletic과 Steve Chu가 초기에 비어있는 입자 내부에 보관하는 경우 광학 집게 자체에서 직접 흩어져있는 빛을 사용하는 것으로 충분하다는 것을 깨달은 초기 작품으로 돌아갑니다. 광학 공동. 광학 집게의 나노 입자는 거의 모든 방향에서 집게 광의 작은 부분을 산란시킵니다. 입자가 광 공동 내부에 배치되면, 산란 된 빛의 일부가 거울 사이에 저장 될 수 있습니다. 결과적으로, 광자는 광 공동으로 우선적으로 산란된다. 그러나 이것은 특정 색상의 빛, 또는 다르게 말해서 특정 광자 에너지에 대해서만 가능합니다. 우리가 필요로하는 것보다 약간 작은 광자 에너지에 해당하는 색의 집게 광을 사용한다면, 나노 입자는 광학 운동으로 광자가 산란 할 수 있도록 운동 에너지의 일부를 "희생"하게됩니다. 이러한 운동 에너지의 손실은 모션을 효과적으로 냉각시킵니다. 이 방법의 공저자 인 Vladan Vuletic에 의해 이전에 원자에 대한 방법이 입증되었습니다. 그러나 이것은, "우리의 냉각 방법은 이전에 시연 된 모든 방법보다 훨씬 강력합니다. 레이저 소음 및 레이저 출력에 의해 부과 된 제약없이 부상 된 나노 입자의 양자 행동이 구석에 있어야합니다."라고 Delic은 말합니다. 추가 탐색 연구는 차세대 광학 족집게를위한 길을 열어줍니다.

추가 정보 : Uroš Delić et al. Coherent Scattering에 의한 부유 된 나노 구체의 공동 냉각, Physical Review Letters (2019). DOI : 10.1103 / PhysRevLett.122.123602 저널 정보 : Physical Review Letters 비엔나 대학교 제공

https://phys.org/news/2019-03-quantum-optical-cooling-nanoparticles.html

.빛과 결합 됨 - 두 개의 입자가 하나보다 낫다

에 의해 세인트 앤드류스 대학 크레디트 : Petr Kratochvil / 공개 도메인

종종 인생에서 우리는 양자 물리학의 세계에서 크기가 중요하다는 것을 듣습니다. 세인트 앤드류 스 대학과 애리조나 대학의 광학 과학 대학이 이끄는 새로운 연구는 우리 주변의 세계에 대한 매력적인 통찰력을 제공하는 두 개의 극소의 방사 입자를 잡아낼 수있는 능력을 이끌어 냈습니다. 측정. 양자 물리학은 원자, 분자 및 빛의 기본 빌딩 블록, 즉 광자의 세계를 묘사합니다. 흥미로운 질문은 큰 물체에서 양자 효과 를 관찰하는 것 입니다. 이것은 우리 주위의 세계와 혼란 스럽지만 더 중요한 양자 물리학 영역 사이의 우리의 이해를 연결하는 데 도움이 될 것 입니다. 각 입자는 세포의 크기와 비슷하지만 크기는 작지만 단일 원자 또는 분자보다 훨씬 큽니다. 레이저 광선은 트랙터 빔처럼 작용하여 진공 상태에서 각 입자를 모든 표면에서 멀리 트래핑합니다. 입자가 아무 것도 만지지 않아서 주변과의 접촉이 없기 때문에 에너지를 쉽게 교환 할 수없고 (양자의 성질을 잃어 버리기 때문에) 이것은 중요합니다. 이것은이 입자 들이 미래 의 대형 물리학 연구에 이상적 이게 만듭니다 . 저널 Optica (2018 년 7 월 25 일)에 실린이 연구 는 각 입자가 다른 입자의 움직임에 영향을주는 빛을 산란시키는 것을 발견했습니다. 이것은 커플 링 된 발진기를 만들었습니다. 커플 링은 전적으로 빛으로 만들어진 스프링으로 만들어졌으며 고전과 양자 세계 사이의 새로운 연구를위한 길을 열었습니다. 세인트 앤드류스 대학의 물리학 및 천문학 학부 아리타 요시히코 (Yoshihiko Arita) 박사는 "이 시스템에서 에너지 교환과 같은 새로운 효과를 연구하거나 진공이 마찰을 일으키는 지 여부를 테스트 할 수 있습니다. 새로운 과학을위한 진정한 테스트 베드입니다. " 물리 천문학 학교의 Kishan Dholakia 교수는 "이것은 획기적인 돌파구로 이어질 수있는 급성장중인 분야에서 중요하고 협업적인 프로젝트입니다."라고 덧붙였다. '진공 상태에서 부상 된 2 개의 냉각 된 마이크로 자이로 스코프의 광학 결합'이라는 저널은 저널 Optica에 게재되어 온라인 으로 제공 됩니다 . 추가 탐색 세계에서 가장 빠른 인조 물체가 양자 역학을 연구하는 데 도움이 될 수 있습니다.

추가 정보 : Optica (2018). doi.org/10.1364/OPTICA.5.000910 저널 정보 : Optica St Andrews 대학교 제공

https://phys.org/news/2018-07-coupled-lighttwo-particles.html

.가장 빠르게 회전하는 인공 객체 생성

에 의해 세인트 앤드류스 대학 (Phys.org) - 세인트 앤드류스 대 (University of St Andrews)의 연구원 팀이 세계에서 가장 빠른 회전 인조 물체를 만들었습니다.

Yoshihiki Arita, Michael Mazilu 박사와 St Andrews 대학의 물리 천문학 학교의 Kishan Dholakia 교수 는 진공 상태에서 순수하게 레이저 광 을 사용하여 현미경 영역을 부양하고 회전시킬 수 있었고 그 전에는 최대 6 억 RPM을 잠깐 보냈습니다 떨어져 나갔다. 이 속도는 가정용 세탁기의 회전 속도보다 50 만 배 빠르며 치과 용 드릴보다 1000 배 이상 빠릅니다. 이 연구 결과는 국제 저널 인 Nature Communications에 오늘 발표되었다 . 많은 국제 조사의 경계에서 일어나는 탐험이 있지만 고전 물리학 및 양자 물리학 이 실험적인 작품의 대부분은 원자 또는 분자를 사용합니다. St Andrews 팀은 100 만 개 이상의 원자를 포함하는 더 큰 물체에 어떤 일이 일어 났는지 이해하려고했습니다. 이를 위해 직경 4 미터 의 미세한 탄산 칼슘 을 제조했습니다 . 그런 다음 팀은 레이저 빛의 미묘한 힘을 사용하여 구면 을 빛 의 복사 압력 으로 유지했습니다. 대신 해변에서 공을 물 제트로 뜨는 것과 같습니다. 그들은 빛이 부유하는 구체를 통과 할 때 바뀌는 레이저 광의 편광 특성을 이용하여 작은 꼬임이나 토크를가했습니다. 구형을 진공 상태로두면 가스 환경으로 인한 드래그 (마찰)가 제거되어 팀이 매우 높은 회전 속도 를 달성 할 수 있습니다 . 회전 이외에도 팀 은 모션의 "냉각"으로 이해할 수있는 모든 3 차원 에서 입자의 여행 또는 "흔들림"의 "압축"을 관찰했습니다 . 본질적으로 입자는 세계에서 가장 작은 자이로 스코프 처럼 동작하여 회전축을 중심으로 한 운동을 안정화 시켰습니다 . 요시히코 아리타 (Yoshihiko Arita) 박사는 "이것은 회전하는 몸에 대한 우리의 이해의 한계를 푸는 흥미롭고 도발적인 실험입니다. "우리는 이것을 여러 개의 갇힌 입자와 회전 시스템으로 확장 할 가능성에 흥미를 느낍니다. 양자 마찰 영역에서 빛을 발산 할 수도 있습니다. 즉, 양자 역학은 입자가 움직이거나 입자를 회전 시키더라도 브레이크를 작동시킵니다. 우리는 마찰의 다른 명백한 원천과 거의 완벽한 진공 상태에있다? " 물리학 및 천문학 부에서 새로 임명 된 강사 Michael Mazilu 박사는 "이 시스템은 열역학과 관련하여 매력적인 질문을 던지며 이론적으로는 모델링하기가 어려운 시스템입니다. 회전 속도가 빠르기 때문에 구면에서의 각가속도 표면은 지구 표면에있는 중력의 10 억 배입니다. 원심력으로 인해 구가 붕괴되지 않는다는 것이 놀랍습니다! " 키샨 도라 키아 (Kishan Dholakia) 교수는 "팀은 국제 사회와 공감할 수있는 획기적인 작업을 수행했으며 흥미 진진한 기본 물리학 측면과 더불어 매우 작은 시스템에서 마찰의 성격을 조사 할 수있게되었습니다. 이것은 차세대 현미경 디바이스와 관련이 있으며, 잠시라도 "세계 기록"을 보유하는 것이 항상 좋다!

추가 탐색 연구원은 광학적으로 빛나는 나노 크기 다이아몬드 (비디오 포함) 저널 정보 : Nature Communications St Andrews 대학교 제공

https://phys.org/news/2013-08-fastest-rotating-man-made.html

.supermassive 블랙홀 근처에서 Einstein의 등가 원리 테스트

Ingrid Fadelli, Phys.org 은하계 센터의 이미지입니다. 크레디트 : European Southern Observatory (ESO).

맥스 플랑크 연구소 (Max Planck Institute), 레시아 파리 천문대 (LESIA Paris Observatory) 및 유럽 남부 천문대 (European Southern Observatory)를 비롯한 몇몇 유명 연구소의 연구자 들인 GRAVITY Collaboration은 최근 아인슈타인 동등성 원리의 일부인 은하 중심 근처의 LPI (local positon invariance) supermassive 블랙홀. Physics Review Letters (PRL)에 발표 된 그들의 연구 는 LPI 위반에 대한 상한선을 제공하기 위해 중력 전위에 대한 여러 원자 전이의 의존성을 조사했습니다. "일반 상대성 이론과 일반적으로 모든 중력 이론은 아인슈타인 동등성 원리로 공식화 된 관성 질량과 중력 질량 의 등가 에 기반을두고있다 "고 연구를 수행 한 연구원 중 한 명인 Maryam Habibi는 Phys.org에 말했다. "일반 상대성 이론은 우리가 가진 중력의 가장 좋은 이론이지만, 중력에 대한 우리의 불완전한 이해와 밀접하게 관련되어있는 아직 많은 대답이없는 퍼즐이 있습니다." 아인슈타인의 일반적인 상대성 이론의 중요한 부분 인 동등성 원리 는 시공간의 작은 영역에서 경험 한 중력 은 가속 된 기준 프레임에서 관측자가 경험 한 가짜 힘과 동일 하다고 말합니다 . 이 원리를 테스트하는 것은 중요한 관건이며 흥미로운 관찰을 유도하고 현재의 중력에 대한 이해를 넓힐 수 있기 때문에 중요합니다. "아인슈타인의 동등성 원칙은 세 가지 주요 원칙으로 구성되어있다"고 하비비는 설명했다. "LPI (local position invariance)라고 불리는 이들 중 하나는 비 중력 측정이 수행되는 공간 시간 (위치에 관계없이 중력에 의해 특징 지어 짐)에서 독립적이어야한다고 말합니다. 본 연구의 주요 부분은 테스트에 중점을 둡니다. LPI 원리. " 과거의 관측에 따르면 대부분의 거대한 은하에는 대부분 은하의 중심에 위치하는 초대 질량 블랙홀이 포함되어있다. 은하수의 은하 중심의 초대 질량 블랙홀의 질량은 태양보다 4 백만 배 더 크다. 그것은 은하계에서 가장 강한 중력장을 생성하여 비경쟁적인 현상을 발견하고 일반 상대성 원리를 시험 할 수있는 이상적인 곳으로 만듭니다. 은하수의 가장 깊은 지역에있는 가장 밝은 별 중 하나 인 별 S2는 16.3 시간의 거리에있는 은하 중심의 초대 질량 블랙홀과 가장 근접하게 접하게됩니다. 다른 말로하면, 별은 천문학적 시간 규모에서 블랙 홀을 완전히 궤도에 진입시키는 데 16 년이 걸린다. S2는 블랙홀의 중력장을 들락날락하니 GRAVITY 협력팀은 그것을 사용하여 아인슈타인의 등가 원리의 일부를 테스트하기로 결정했습니다. "그것은 예측, 우리는 보여 주었다으로 2018년 6월에 발표 된 이전 연구에서 우리는 별의 빛의 '중력 적색 편이를'관찰 블랙홀에 별 S2의 가장 가까운 접근시,"하비비는 설명했다. "중력 적 변화는 별의 표면에 대한 강한 중력이 빛의 진동을 늦추고, 그것들을 늘리고, 별을 지구의 정상보다 더 붉게 보이게 만들기 때문에 발생합니다." 아인슈타인의 LPI 원리를 시험하기 위해 연구자들은 S2의 별의 대기에서 수소와 헬륨 원자의 두 가지 유형의 원자를 사용했다. LPI 원리는 강한 중력장을오고가는 별에서 볼 수있는 중력 적 적색 변속은 중력의 가능성 에만 의존 하고 원자의 내부 구조와 같은 다른 매개 변수에 의존하지 않는다고 말합니다 .

Image는 ESO의 VLT (Very Large Telescope) 어레이의 단위 망원경 중 하나를 보여 주며, 레이저 광선을 은하수 방향으로 향하게하여 인공 별을 만듭니다. 크레디트 : European Southern Observatory (ESO). "우리는 변화하는 잠재력을 통해 이동하는 원자들의 빛의 주파수 변화를 측정했다"고 Habibi는 말했다. "광 파동의 진동은 수소와 헬륨 스펙트럼 선을 따로 따로 사용하여 S2의 스펙트럼의 시선 속도를 맞추어 측정했다. 두 원자의 주파수 변화의 차이를 측정함으로써 우리는 LPI에 명백한 위반이 있었다면 우리는 헬륨과 수소 라인으로부터의 광파의 매우 다른 진동을 측정해야했습니다. " 등가 원칙과 일반 상대성 이론은 단지 이론 일 뿐이며, 따라서 그 타당성을 확인하기 위해 시험을 받아야합니다. 지금까지 대부분의 연구자들은 지구와 태양계에서 실험을 수행했습니다. 그러나 이러한 이론은 여전히 극단적 인 시나리오에서도 테스트되어야하며, 이것이 여전히 결정적인 증거를 보유하고 있는지 여부를 판단 할 수 있기 때문에 더욱 그렇습니다. 그러한 테스트는 중력에 대한 우리의 현재의 이해를 형성하거나 일반 상대성 이론으로부터의 위반을 규명하는 몇 가지 원칙을 배제 할 수 있습니다. "중력의 여러 대안 이론이 극한 조건 하에서 그것으로부터의 위반을 예언하기 때문에 모든 다른 체제에서 동등성 원리를 테스트하는 것은 중요하다"라고 연구에 참여한 또 다른 연구원 인 Felix Widmann이 Phys.org에 말했다. "우리 연구의 가장 의미있는 발견은이 극단적 인 경우에 2 천만 광년이 넘는 초대형 블랙홀과 가까운 동등성 원칙을 테스트 할 수 있었다는 것입니다. 매우 제한적이지만, 그들은 완전히 시험되지 않은 중력 체제에있다 "고 말했다. Habibi, Widmann과 그 동료들은 은하계의 중앙 supermassive 블랙홀 근처에서 등가 원리의 일부를 최초로 테스트 한 사람들 중 하나였습니다. 그들의 작업은 일반 상대성 이론, 특히 LPI 원리의 타당성에 대한 가치있는 통찰력을 제공합니다. Widmann은 "지난 1 년 동안 GRAVITY 협업은 매우 성공적이었습니다. "처음으로, 우리는 초 광대역 블랙홀 주위의 별의 궤도에서 상대 론적 효과를 관찰하고이 원리를 동등성 원리를 테스트하는 데 사용했으며 블랙 홀에 매우 가까운 물질 궤도를 볼 수있었습니다. 그러나 이것은 우리 끝나기보다 시작이다. " 구석 주변의 은하 중심 관측을위한 최적의 계절에 GRAVITY 협력자의 연구원들은 망원경을 S2와 은하계 중심의 초 거대 블랙홀으로 향하게 할 것 입니다. Widmann에 따르면, 팀은 곧 S2의 궤도에서 더 세밀한 상대 론적 효과를 감지 할 수있게 될 것입니다. 그러면 S2는 일반 상대성 이론을 다시 한번 테스트 할 수 있습니다 . 연구진은 미래의 관측에서 블랙홀 주변의 더 많은 플레어 활동을 볼 수 있기를 희망한다. 이것은 은하계의 은하 중심 블랙홀과 블랙홀에 대한 이해를 넓히기위한 추가 연구를 가능하게하기 때문이다. "직경 39m의 거울을 가진 대용량 망원경과 같은 미래의 망원경으로 우리는 비슷한 실험을 수행 할 수 있으며 LPI 위반 가능성이 현재보다 100 만 배나 더 작을 것" 위드 만이 덧붙였다. "이것은 우리가 중력 자유 낙하 물체가의 부재에 힘을 같은 양으로 가속화되고 객체에 물리적으로 동등한다고 약한 등가 원리라는 아인슈타인의 등가 원리의 다른 부분 테스트 할 수 중력을 . 은하계 센터는 독특한 전망대이며, 우리는 가능한 한 많이 배우고 자하는 GRAVITY와 미래 망원경을 가지고 있습니다. " 추가 탐색 supermassive black hole 근처의 Einstein의 일반 상대성 이론의 첫 번째 성공적인 테스트 (업데이트)

추가 정보 : A. Amorim et al. Galactic Center Supermassive Black Hole 근처의 Einstein 동등성 원리 테스트, Physical Review Letters (2019). DOI : 10.1103 / PhysRevLett.122.101102 은하계 중심의 거대한 블랙홀 인 Astronomy & Astrophysics (2018) 근처의 S2 궤도에서 중력 적 적색 변이를 감지 DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 201833718 저널 정보 : Physical Review Letters , Astronomy & Astrophysics

https://phys.org/news/2019-03-einstein-equivalence-principle-supermassive-black.html