Νομπέλ Φυσικής στις παγίδες κβαντικών σωματιδίων

Στον Γάλλο Σερζ Αρός και στον Αμερικανό Ντέιβιντ Γουάινλαντ η Σουηδική Ακαδημία Επιστημών απονέμει αυτή τη χρονιά το διασημότερο και πιο περιζήτητο στον κόσμο βραβείο για τη Φυσική. 68 ετών και οι δυο έχουν πραγματοποιήσει πειράματα που θα άφηναν έκπληκτους ακόμη και τον Αϊνστάιν, τον Σρέντιγκερ και τον Μπορ.

Η Αλίκη στη Χώρα του μικρόκοσμου

Μπορεί όλοι μας να έχουμε την εμπειρία της συμπεριφοράς των πραγμάτων που βλέπουμε και αγγίζουμε, μπορεί να ξέρουμε ότι αυτά αποτελούνται από πολύ μικρότερα σωματίδια που δεν μπορούμε να δούμε αλλά ξέρουμε αρκετά πράγματα για την ύπαρξη και την κίνησή τους. Αν όμως μπορούσαμε να γίνουμε τόσο μικροί όσο εκείνα και να εισχωρήσουμε στον κόσμο τους θα νιώθαμε ακριβώς όπως η Αλίκη στη Χώρα των Θαυμάτων. Διότι θα διαπιστώναμε προς μεγάλη μας έκπληξη ότι στον κόσμο των λεγόμενων μικροσωματιδίων, των μικρότερων δηλαδή από ένα απλό άτομο ισχύουν κάπως διαφορετικοί νόμοι, οι νόμοι της Κβαντικής Μηχανικής με άλλη λογική από τους κλασικούς που ξέρουμε.

Για παράδειγμα εκεί δεν είναι κάτι αφύσικο να βρίσκεται κάποιος σε δυο διαφορετικές καταστάσεις την ίδια στιγμή. Επίσης η παραμικρή επαφή μπορεί να φέρνει τεράστιες αλλαγές στη συμπεριφορά αυτών που ήλθαν σε επαφή ή αντίθετα κάποια σωματίδια που ήταν σε επαφή ακόμη και όταν βρεθούν αργότερα σε τεράστιες αποστάσεις μεταξύ τους μπορεί να συμπεριφέρονται σαν να είναι ακόμη σε επαφή και η συμπεριφορά του ενός να είναι εντελώς προβλέψιμη με βάση τη συμπεριφορά του άλλου, κάτι που μας κάνει να συνειδητοποιήσουμε ότι υπάρχει περίπτωση στον μικρόκοσμο η πληροφορία να διαδίδεται σε χρόνο κυριολεκτικά μηδέν. Είναι η λεγόμενη σύμπλεξη, μια συμπεριφορά εντελώς αποκλειστική των κατοίκων του μικροκόσμου.

Παγίδες για φωτόνια

Σε αυτόν λοιπόν τον σχεδόν απαγορευμένο κόσμο κατάφεραν να εισχωρήσουν από διαφορετικές πόρτες και με διαφορετικά εργαλεία αλλά με την ίδια περίπου δεξιοτεχνία και εφευρετικότητα οι δυο βραβευμένοι σήμερα Φυσικοί. Διότι ακούγεται απλό να κρατάς ανέπαφο ένα φωτόνιο, παγιδευμένο ανάμεσα σε δυο καθρέφτες για λίγο περισσότερο από ένα δέκατο του δευτερολέπτου (χρόνος που θα του αρκούσε να κάνει μια περιστροφή γύρω από τη Γη) αλλά είναι ένα από τα πιο δύσκολα πράγματα στον κόσμο. Και ακόμη πιο δύσκολο να μπορείς να ξέρεις τι πραγματικά συμβαίνει μέσα σε αυτή την παγίδα όπου το έχεις εγκλωβίσει.

Ο Σερζ Αρός (φωτογραφία επάνω αριστερά, πηγή CNRS Photothèque/Christophe Lebedinsky) και η ομάδα του στο Παρίσι κατάφεραν να κατασκευάσουν τους πιο τέλειους ανακλαστικά καθρέφτες στον κόσμο που τους κρατούν σε μια απόσταση 3 εκατοστών μεταξύ τους, σε θερμοκρασίες πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν (δηλαδή στους -273 βαθμούς Κελσίου). Στη συνέχεια μπορούν να στέλνουν κάποιους τεχνητούς σχηματισμούς που ονομάζονται Άτομα-Rydberg, κάτι σαν πιο ογκώδη τεχνητά άτομα (100 φορές μεγαλύτερα, σε σχήμα… λουκουμά) πολύτιμα εργαλεία της «δουλειάς» μέσα σε αυτή την παγίδα των φωτονίων και να τα περιμένουν στην έξοδο με τους κατάλληλους ανιχνευτές. Χάρη και στο φαινόμενο της σύμπλεξης μπορούν εξετάζοντας την κατάσταση των Ατόμων-Rydberg να αποφαίνονται αν υπήρχαν μέσα στην παγίδα τα τόσο ευαίσθητα από κάθε άποψη φωτόνια, και σε τι κατάσταση βρισκόταν, χωρίς όμως να τους αλλάξουν την κατάσταση. Είναι σαν να μπορούσε να δει κάποιος σε τι κατάσταση, ζωντανή ή όχι βρίσκεται η γάτα του Σρέντιγκερ χωρίς να ανοίξει το ερμητικά κλειστό κουτί ή αλλιώς, όπως είπε κάποιος Σουηδός καθηγητής να φάει το κέικ αλλά και να το έχει ολόκληρο.

Τα ιόντα στη… φάκα

Στο Μπόλντερ του Κολοράντο ο Ντέιβιντ Γουάινλαντ (φωτογραφία αριστερά, πηγή NIST) με την ομάδα του κατάφεραν να στείλουν ιόντα, δηλαδή άτομα που δεν είναι ηλεκτρικά ουδέτερα (αυτό γίνεται αν τους έχουν φύγει κάποια ηλεκτρόνια) μέσα σε μια παγίδα δημιουργημένη από ηλεκτρικά πεδία. Με εξαιρετική μαεστρία στη χρήση των ακτίνων λέιζερ ήταν σε θέση αφού δημιουργούσαν κενό, σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες και στέλνοντας με το λέιζερ τους κατάλληλους παλμούς να καταφέρνουν να… ησυχάζουν το παγιδευμένο στην περίτεχνη φάκα του ιόν, ώστε να μην κάνει πολλές κινήσεις και να έχει έτσι τη χαμηλότερη δυνατή ενέργεια. Όταν έλθει εκεί που το θέλουν, με τον κατάλληλο παλμό μπορούν να το φέρουν σε μια κατάσταση ασυνήθιστη για τον δικό μας κόσμο αλλά πολύ «φυσιο-λογική» για τον μικρόκοσμο: εκεί όπου συνυπάρχουν την ίδια στιγμή δυο διαφορετικές καταστάσεις ενέργειας και να μελετούν τη συμπεριφορά εκεί.

Οι εφαρμογές των τεχνικών αυτών όπως λέγεται μπορεί να είναι σημαντικές. Η ικανότητα του ανθρώπου να επηρεάζει πλέον σε τέτοιο επίπεδο τόσο μικρά και μεμονωμένα σωματίδια μπορεί να δώσει ακόμη πιο καλούς μετρητές του χρόνου (10.000 πιο ακριβείς από τα σημερινά ατομικά ρολόγια Καισίου) βελτιώνοντας αφάνταστα συσκευές όπως αυτές του GPS αλλά ανοίγοντας πλέον και ένα παράθυρο προς το όνειρο της κατασκευής του λεγόμενου κβαντικού υπολογιστή, που θα κάνει τους σημερινούς να φαίνονται όπως ένα κάρο που το σέρνει το άλογο μπροστά σε έναν πύραυλο έτοιμο να απογειωθεί…