Старший научный сотрудник физического факультета ТГУ Дмитрий Карловец вместе с Валерием Сербо из Института математики СО РАН показали, что наблюдать волновые свойства массивных частиц можно и при комнатной температуре, практически в любой современной физической лаборатории, нужно лишь хорошо сфокусировать пучок частиц. Статья с результатами теоретического исследования опубликована в одном из самых престижных журналов по физике – Physical Review Letters.

Обычно волновые свойства частиц хорошо проявляются в физических экспериментах при низких температурах, например, в явлении сверхпроводимости. Необходимость охлаждать частицы делала исследования волновой природы материи довольно дорогими.

– Мы придумали, как поставить эксперимент, при котором волновые свойства частиц будут проявляться при комнатной температуре. Для этого ничего не нужно охлаждать, а просто хорошо фокусировать пучок, – объясняет Дмитрий Карловец, старший научный сотрудник лаборатории теоретической и математической физики ФФ.

31457_full_Karlovets.png 

Согласно идее физиков-теоретиков, пучок электронов нужно сфокусировать в пятно размером с атом водорода. В этом случае достаточно современных электронных микроскопов, которые есть во многих научных центрах мира, в том числе и в ТГУ.

– Ранее ученые думали, что волновые свойства частиц при комнатной температуре будут проявляться при фокусировке в так называемую комптоновскую длину волны – а она очень мала, например, для электрона это около 10-13 метра. Размер атома водорода на три порядка больше: 0,5*10-10метра, а такая фокусировка уже достигнута, например, в Университете Антверпена в Бельгии – продолжает Дмитрий.

Далее физики показали, что волновые свойства частиц будут проявляться особенно ярко, если электроны находятся в специальных квантовых состояниях. В квантовой оптике ученые умеют создавать микроскопические аналоги «котов Шредингера»: это известный мысленный эксперимент про кота в закрытой коробке с ядом; пока мы не наблюдаем кота, он находится в состоянии суперпозиции и неизвестно, жив он или мертв. Так же и с волнами: когда два пучка электронов накладываются друг на друга, они могут интерферировать, то есть либо усиливать друг друга, либо гасить. В той области пространства, где происходит деструктивная интерференция, вероятность для электрона иметь определенные координату и импульс становится отрицательной – свойство, необъяснимое на языке классической физики.

Иллюстрация к статье 

– Если светить простым пучком на атом, то электроны начинают рассеиваться, поглощаться или делать что-то еще. А если светить на атом водорода таким «котом» (двумя наложенными друг на друга пучками), то в области между пучками атом начинает хуже чувствовать эти электроны, потому что там происходит деструктивная интерференция, – объясняют исследователи. – Это приводит к изменению свойств рассеянных электронов и может наблюдаться экспериментально.

Таким образом фокусировка «шредингеровского кота» электронов на атом водорода позволит изучать чисто квантовые эффекты в столкновении частиц, которые никогда раньше в физике частиц не наблюдались.

Исследование находится на стыке физики частиц и квантовой оптики и продолжает традиции университетской школы теоретической физики. Работа имеет фундаментальный характер, однако после выхода статьи возможно экспериментальное продолжение. В России подобные экспериментальные исследования практически не проводятся. В мире они ведутся в University of Antwerp (Антверпен, Бельгия), в National Institute of Standards and Technology (США), в Institute for Metallic Materials (Дрезден, Германия), в Delft University of Technology (Голландия), в Tel Aviv University(Израиль) и других.

Похожие новости

  • 17/10/2019

    НГУ – 60 лет: все только начинается

    ​Новосибирскому государственному университету исполнилось 60 лет. Новосибирский государственный университет ориентирован на подготовку кадров для науки, образования и высокотехнологических отраслей промышленности, новейших междисциплинарных направлений науки.
    360
  • 04/09/2019

    Цитируемые ученые ТПУ: катализаторы из золота и оболочки для ТВЭЛов

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за летний период. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 75, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 9,405 (Green Chemistry, Q1).
    419
  • 17/09/2019

    Разработана концепция гибридного реактора на основе плазменной открытой ловушки

    ​Специалисты трех российских институтов (Российский Федеральный Ядерный Центр – Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина - РФЯЦ-ВНИИТФ; Национальный исследовательский Томский политехнический университет​ – ТПУ; Институт ядерной физики им.
    541
  • 06/12/2019

    Томские радиофизики изучают свойства композитов для устройств поколения 5G

    ​Радиофизики ТГУ формируют базу данных свойств композитных материалов, которая может быть использована при создании устройств с поддержкой 5G и приборов космической связи, работающих в диапазоне терагерцового излучения.
    228
  • 27/07/2018

    Андрей Веснин: Томский НОМЦ - это новый игрок на образовательном поле

    ​ В этом году в ТГУ по результатам конкурса, проведенного Минобрнауки, был открыт Региональный научно-образовательный математический центр (НОМЦ). Томский госуниверситет известен в России и за рубежом своими научными школами в области алгебры, математического анализа и топологии, математической статистики, параллельных вычислений, механики жидкости и газа.
    1051
  • 17/08/2016

    В Новосибирске пройдет Вторая международная конференция «Математическая гидродинамика»

    Новосибирский государственный университет совместно с Институтом гидродинамики СО РАН (зеркальная лаборатория нелинейных процессов в гидродинамических системах) проводят 22–27 августа вторую Международную конференцию «Математическая гидродинамика».
    3005
  • 09/12/2019

    НГТУ НЭТИ представит свои разработки на «ВУЗПРОМЭКСПО—2019»

    ​11 декабря в Москве стартует Национальная выставка «ВУЗПРОМЭКСПО—2019», которая демонстрирует результаты реализации государственных и федеральных целевых программ в сфере науки и промышленности.  Инженеры и ученые НГТУ НЭТИ представят установку для in-situ исследования эволюции структуры металлов и сплавов в процессе сухого трения скольжения, которая предположительно будет использоваться в работах Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ»).
    157
  • 17/08/2018

    Коммерциализация разработок в малых компаниях: как решить проблему?

    ​Сибирским научным институтам выгоднее сотрудничать с крупными компаниями, чем внедрять технологии на создаваемых при институтах малых предприятиях - такое мнение высказали опрошенные ТАСС эксперты-ученые.
    1126
  • 25/09/2019

    Ученые ТГУ нашли новые пульсации в пламени «горелки» для тяжелого топлива

    Исследования нового устройства, созданного в Институте теплофизики Сибирского отделения Российской академии наук и предназначенного для бессажевого сжигания тяжёлого углеводородного топлива с паровой газификацией, провели на механико-математическом факультете.
    365
  • 12/10/2016

    Томские ученые испытывают новые стекла для космических спутников

    ​Сотрудники НИИ ПММ ТГУ проводят испытания покрытий, созданных для защиты иллюминаторов, линз и зеркал космических аппаратов от эрозии. При помощи легкогазовой баллистической установки экспериментальные образцы обстреливают микрочастицами порошка железа со скоростью 5-8 километров в секунду.
    2176