概念と研究
トロイの木馬波動パケットの概念は、原子レベルで原子やイオンを操作してイオントラップを作成することから派生しています。イオントラップは原子の操作を可能にし、イオン液体、ウィグナー結晶、ボーズ・アインシュタイン凝縮体などの新しい物質状態を作成するために使用されます。[ 5 ] 量子特性を直接操作できるこの能力は、量子ドットやマイクロチップトラップなどの応用可能なナノデバイスの開発の鍵となります。2004年には、実際には単一の原子であるトラップを作成できることが示されました。原子内では、電子の挙動を操作できます。[ 6 ]
2004年に励起状態のリチウム原子を用いた実験で、研究者らは電子を古典的な軌道上に15,000周(900ナノ秒)にわたって局在化させることに成功した。電子は拡散も分散もしていなかった。この「古典的な原子」は、電子の運動が位相ロックされたマイクロ波場を用いて電子を「テザリング」することによって合成された。この特異な原子系における電子の位相ロックは、前述のように、木星の軌道上の位相ロックされた小惑星に類似している。[ 7 ]
この実験で探求された技術は、1926年に遡る問題に対する解決策です。当時の物理学者は、最初に局在化した波束は、必然的に電子の軌道の周囲に広がることを認識していました。物理学者は、「原子のクーロンポテンシャルに対して波動方程式は分散的である」ことに気付きました。1980年代には、複数の研究者グループがこれが正しいことを証明しました。波束は軌道の周囲全体に広がり、互いに干渉しました。最近、トロイの波束などの実験で実現された現実世界の革新は、波束を局在化すること、つまり分散がないことです。マイクロ波周波数で偏光した円形電磁場を電子波束と同期させて適用すると、電子波束を意図的にラグランジュ型の軌道に保持します。[ 8 ] [ 9 ] トロイの波束実験は、励起状態のリチウム原子に関する以前の研究に基づいています。これらは、電場と磁場に敏感に反応し、比較的長い減衰期間を持つ原子と、実質的に古典的な軌道で動作する電子です。電場と磁場に対する感度は、偏光マイクロ波場による制御と応答を可能にするため重要です。[ 10 ]
単一電子波束を超えて
物理学において、波束とは、単位として伝搬する波動作用の短い「バースト」または「包絡線」のことである。波束は、位相と振幅が異なる、異なる波数を持つ無限個の正弦波成分に分析したり、合成したりすることができ、それらの成分は、空間の小さな領域でのみ建設的に干渉し、それ以外の場所では破壊的に干渉する。[ 11 ]次の論理的なステップは、単一の電子波束から複数の電子波束への移行を試みることです。これはすでにバリウム原子で2つの電子波束によって達成されていました。これら2つは局在していました。しかし、最終的には、これらは原子核の近くで衝突した後に分散を生み出しました。別の手法では、分散しない電子のペアを使用しましたが、これらのうちの1つは原子核の近くに局在した軌道を持つ必要がありました。分散しない2つの電子トロイの木馬波束の実証は、これらすべてを変えます。これらは、1つの電子トロイの木馬波束の次の段階の類似物であり、励起ヘリウム原子用に設計されています。[ 12 ] [ 13 ]
2005年7月現在、コヒーレントで安定した2電子非分散波束を持つ原子が作製されている。これらは励起ヘリウム様原子、あるいは量子ドットヘリウム(固体応用)であり、ニュートンの古典物理学における三体問題(今日の天体物理学を含む)の原子(量子)版である。円偏光電磁場と磁場が同時に作用することで、ヘリウム原子または量子ドットヘリウム(不純物中心を持つ)の2電子配置が安定化される。この安定性は広範囲にわたって維持されるため、2電子波束の配置は真に非分散的であると考えられる。例えば、電子を2次元空間に閉じ込めるように構成された量子ドットヘリウムでは、2電子を持つ様々なトロイの木馬波束配置が存在し、2005年現在では3次元では1種類のみである。[ 14 ] 2012年に、カリンスキーとエバリーがかつて予測したように、断熱的に変化した周波数でトロヤ波束を生成するだけでなくロックし、原子を膨張させるという重要な実験的ステップが実施された。[ 15 ]これにより、断熱シュタルク場における逐次励起によってヘリウム中に2電子ラングミュア・トロヤ波束を生成し、He +上に円形の1電子オーレオラを生成できるようになる。まず、2番目の電子を同様の状態に置く。[ 16 ]
参考文献
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- ↑ Bialynicka-Birula, Zofia; Bialynicki-Birula, Iwo (1997). "トロイの波動パケットの放射崩壊" (PDF) . Physical Review A . 56 (5): 3623. Bibcode : 1997PhRvA..56.3623B . doi : 10.1103/PhysRevA.56.3623 .
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さらに読む
本
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- March, Raymond E.; John F. Todd (2005).四重極イオントラップ質量分析法(第2 版). Wiley, John & Sons, Incorporated. ISBN 978-0-471-48888-0。
学術論文
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- クラー、H. (1989)。 「円偏光レーザー光にさらされた原子状水素の周期軌道」。物理学 D のためのツァイシュリフト。11 (1): 45–52。Bibcode : 1989ZPhyD..11...45K。土井:10.1007/BF01436583。S2CID 123113349。
- Maeda, H.; Gurian, JH; Gallagher, TF (2009). "非分散ボーア波パケット". Physical Review Letters . 102 (10): 103001–103004 . Bibcode : 2009PhRvL.102j3001M . doi : 10.1103/PhysRevLett.102.103001 . PMID 19392109 .
- Stroud, CR Jr. (2009). 「古い量子問題に対する天文学的解決策」 . Physics . 2 : 19. Bibcode : 2009PhyOJ...2...19S . doi : 10.1103/Physics.2.19 .
外部リンク
- 「トロイの木馬電子」におけるアハロノフ=ボーム振動
- 「トロイの木馬波動パケット」の実験的生成 - バリー・ダニングスのYouTube講演
- 「トロイの木馬波動パケット」の多電子拡張 - マット・カリンスキーの講演(1)YouTube
- 「トロイの木馬波動パケット」の多電子拡張 - マット・カリンスキーの講演(2)YouTube
- 反対の現象 - サイクロアトム(ロバート・ワグナーによるPPTプレゼンテーション)- 超強力な磁場とレーザー場において、水素原子のリング内に基底状態に似た鋭いガウス波束が加速的に広がる、直感に反する相対論的現象(アニメーション)