Katru dienu mūs apņem simtiem dažādu skaņu. Vai esat kādreiz domājuši par skaņas struktūru? Jau no skolas fizikas kursa mēs zinām par skaņas viļņiem, bet viss mūsu Visumā sastāv no elementārdaļiņām. Un skaņas vilnis nav izņēmums. Lai rūpīgi izpētītu, kas rada skaņu, Stenfordas universitātes fiziķi ir izveidojuši ļoti jutīgu mikrofonu. To zināmā mērā var saukt par "kvantu mikrofonu", jo tas var uzņemt elementāru skaņas daļiņu, ko sauc par fononiem, vibrācijas.
Kas ir fonons
Jau 1907. gadā Alberts Einšteins ierosināja fononu iespējamību. Tā ir daļiņa, kas ir vibrācijas enerģijas uzkrāšanās. Fononus izstaro satraukti atomi un tie parādās kā dažādu frekvenču skaņas. Katrs fonons satur noteiktu daudzumu vibrācijas enerģijas. Enerģijas vienību sauc par Fock. Ja 1 Fock ir reģistrēts skaņas vilnī, tad tajā ir 1 fonons. Ja 2 Fock - 2 fononi un tā tālāk. "Kvantu mikrofons" ir balstīts uz Fock mērīšanas principu.
Kas ir "kvantu mikrofons" un kā tas darbojas
Kvantu mikrofons ir rezonators, kas atdzesēts līdz īpaši zemai temperatūrai. Bet jūs to nevarat redzēt ar neapbruņotu aci, jo tas ir tik mazs, ka to var redzēt tikai ar elektronu mikroskopu ar lielu palielinājumu. Resonators ir savienots ar ķēdi, kurā cirkulē saistīto elektronu pāri. Šo elektronu pāru kustības novirze rodas fononu darbības rezultātā uz tiem. Šo efektu uztver rezonators, reģistrē un nosūta sistēmai analīzei.
Reklāmas video:
Kāpēc jums ir nepieciešams "kvantu mikrofons"
Pirmkārt, ierīce ir nepieciešama, lai precīzāk izpētītu skaņas viļņu raksturu, kā arī izprastu fononu veidošanās procesu. Turklāt, mainot darbības režīmu, "kvantu mikrofons" pats par sevi spēj radīt atsevišķus fononus. Tas ir, to burtiski var izmantot kā elementāru daļiņu ģeneratoru (šajā gadījumā tikai skaņas daļiņas), un atšķirībā no lielā hadronu sadursmes ierīces tam nav nepieciešama daļiņu sadursme ar lielu ātrumu. Viss notiek tāpēc, ka atomu līmenī rodas nelielas vibrācijas.
Tas ļaus izveidot mikroskopiskas ierīces, kas spēj uzglabāt un reproducēt kvantu informāciju, kas kodēta skaņas elementāro daļiņu (fononu) parametros. Turklāt šādas sistēmas var darboties kā mehānisku signālu pārveidotāji optiskos signālos un otrādi, ko nākotnē var izmantot, lai nākotnē izveidotu kvantu datorus un citus augsto tehnoloģiju sīkrīku elementus.