Ученые создали квантовый аналог колыбели Ньютона

Иногда для того, чтобы понять самые сложные вещи, требуется начать с самого простого. И новый эксперимент, проведенный учеными из Стэнфордского университета, как раз и стал этим "самым простым", ученые создали квантовый аналог маятника Ньютона (колыбели Ньютона), ряда тщательно уравновешенным металлических шаров, которые могут качаться очень длительное время, стукаясь друг об друга и передавая свою кинетическую энергию таким образом. 

Квантовый аналог маятника Ньютона использовался для изучения явления квантовой термализации (thermalisation), процесса, в котором хаотическое движение квантовых частиц приводит в конечном счете к состоянию теплового равновесия. В обычном мире нам это явление хорошо известно, когда мы добавляем в горячий кофе холодное молоко или сливки. За счет хаотического теплового движения молекул воды и других частиц вся жидкость через короткое время становится одной температуры.

В квантовом аналоге маятника Ньютона не было никаких квантов, свисающих на нитях квантовой запутанности. Исследователи взяли группу атомов и охладили их к температуре, близкой к температуре абсолютного нуля. А затем этим атомам был выдан "пинок" при помощи сфокусированного луча лазерного света. Подобная реализация маятника Ньютона является уже далеко не новой, но в данном случае ученые использовали атомы, обладающие сильными магнитными свойствами, что позволило им более точно измерить влияние одного атома на соседние.

Эксперимент показал, что процесс достижения теплового баланса разбит на два отдельных этапа, и это позволило ученым выдвинуть новую гипотезу о том, что же происходит на самом деле на квантовом уровне. Полученные экспериментальным путем результаты были подтверждены результатами компьютерного моделирования, различие между двумя наборами данных оказались совсем незначительными.

"Это означает, что у нас появится достаточно простая обобщенная теория, описывающая процесс термализации квантовых систем" - рассказывает Бенджамин Лев (Benjamin Lev), ведущий исследователь, - "Красота этой теории заключается в том, что ее можно использовать по отношению ко всем системам".

То, что сделали Стэнфордские ученые, в большей степени сейчас имеет отношение к фундаментальной и теоретической физике. Однако, если люди собираются в ближайшем будущем создать реальные квантовые компьютеры, датчики и другие устройства, только подобные эксперименты и исследования смогут вывести их на качественно новый уровень.