September 24, 2021

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Una guía para el observador de la dinámica cuántica, pág. 5: coger una ola

Una guía para el observador de la dinámica cuántica, pág.  5: coger una ola

Imágenes de Aric Lawson / Getty

Una de las revoluciones más silenciosas En nuestro siglo actual, la mecánica cuántica ha entrado en nuestra tecnología cotidiana. Los efectos cuánticos se limitaron a laboratorios de física y experimentos sofisticados. Pero la tecnología moderna depende en gran medida de la mecánica cuántica para su función básica, y la importancia de los efectos cuánticos solo crecerá en las próximas décadas. Por ello, el físico Miguel F. En esta serie de siete partes de Morales (sin matemáticas, lo juramos) emprendimos la difícil tarea de explicar la mecánica cuántica a los individuos. La quinta historia de la serie está a continuación, pero siempre puedes averiguarlo. La historia de apertura Que Página de destino de la serie completa hasta ahora En el sitio.

En “Sung in Abbey Lyrics”Maria“De El sonido de la musica:

“¿Cómo atrapar una ola como María? ¿Cómo atrapar una nube y tirarla hacia abajo? Oh, ¿cómo juzgas una partícula como María? ¿Cómo tienes un rayo de luna en tu mano?”

A través de los viajes que hemos hecho hasta ahora por el desierto de la mecánica cuántica, hemos visto partículas salvajes y libres. Pero la mayoría de las partículas pasan sus vidas en condiciones muy controladas: electrones atrapados en el calor de los núcleos, líneas regimentales de átomos o cristales como moléculas. El encarcelamiento no es malo: solo las cuerdas fuertemente atadas a un instrumento musical pueden producir música.

Al aumentar la madera de la mecánica cuántica hoy, vamos a llevar algunas trampas, para que puedas ver cómo funcionan las partículas cuando las controlas. (Como son sensibles, los trataremos por favor y los soltaremos cuando terminemos). En este proceso, detectamos la aparición del espectro de emisión de las estrellas y confrontamos los átomos sintéticos y puntos cuánticos que juegan un papel clave en todo. . Desde la computación cuántica hasta los televisores de consumo.

Por que canta el pájaro de la jaula

Como hemos visto muchas veces, todas las partículas se mueven como ondas. Pero, ¿qué pasa cuando quedamos atrapados en una ola? ¿Cómo cambia una partícula cuando la controlamos?

El mejor ejemplo cotidiano de una onda enredada es la cuerda de la guitarra. Antes de que se pueda colocar una guitarra, una cuerda puede sentirla de alguna manera. Ondas rápidas, ondas lentas: son posibles ondas de todo tipo. Pero cuando atamos una cuerda a una guitarra y la arrebatamos, la onda resultante queda atrapada por los extremos unidos a la guitarra. La ola puede rebotar entre los extremos, pero no puede escapar.

Las ondas enredadas de la cuerda de la guitarra.  En la base de una cuerda abierta en el sentido de las agujas del reloj desde la parte superior izquierda están el segundo armónico y el tercer armónico.  Solo se permiten ondas que encajan bien en la red, y el aumento de frecuencia se asocia con mayor energía (tono más alto).  También podemos acortar el motor usando uno de los trastes de la guitarra, que cambia la base (abajo a la izquierda) y todas las frecuencias armónicas.
Acercarse / Las ondas enredadas de la cuerda de la guitarra. En la base de una cuerda abierta en el sentido de las agujas del reloj desde la parte superior izquierda están el segundo armónico y el tercer armónico. Solo se permiten ondas que encajan bien en la red, y el aumento de frecuencia se asocia con mayor energía (tono más alto). También podemos acortar el motor usando uno de los trastes de guitarra, que cambia la base (abajo a la izquierda) y todas las frecuencias armónicas.

Imagen de marcador de posición de Miguel Morales

Como se muestra en el diagrama anterior, se permiten algunas ondas establecidas (armónicos), pero solo son posibles ondas de la longitud correcta. Cuando nos quedamos atascados en la ola, pasamos de cualquier referencia a las olas que podían caber en la trampa y solo podían tener notas similares. En otras palabras, los tonos de la cuerda de la guitarra Ocurrió Por trampa. Cuando colocamos un dedo en un dedo para cambiar el tamaño de la trampa, el tamaño de las olas para adaptarse a los cambios y las pistas que escuchamos.

Podemos ver que sucede lo mismo con los electrones. En 1993, Dan Egler y sus colegas crearon la trampa de electrones colocando 48 átomos de hierro en un anillo encima de una lámina de cobre. El anillo de átomos de hierro forma una bobina cuántica, una trampa de electrones circular. Cuando se filma con un microscopio de efecto túnel, la onda del electrón atrapado es claramente visible dentro del anillo de átomos de hierro.

Un núcleo circular de 48 átomos de hierro (picos afilados) en una hoja de cobre.  La onda de electrones atrapados dentro de la bobina es claramente visible.
Acercarse / Un núcleo circular de 48 átomos de hierro (picos afilados) en una hoja de cobre. La onda de electrones atrapados dentro de la bobina es claramente visible.

Debido a que las partículas se mueven como ondas, responden como cualquier otro tipo de onda cuando son atrapadas y cantan con notas específicas. El electrón en la bobina cuántica se parece a las vibraciones de un parche de tambor. No es un accidente: un tambor crea una trampa circular para ondas similar a la demanda cuántica. La observación de que las partículas cuánticas toman notas específicas cuando están atrapadas es el resultado de que se mueven como ondas. Entonces, al capturar ondas de partículas, podemos crear música.