Крошечные магнитные поля полностью снижаются на атомном уровне. Атомы не останавливаются, они вращаются вокруг себя, и ось похожа на крошечный магнитный прут. Но у оси есть небольшой наклон и в результате магнитное колебание прута в кругах.
Чтобы измерить качающийся объект, у Вас должны быть и его положение и скорость колебания.Но в мире атомов, законы классической физики от мира, поскольку мы знаем это, не применяются – здесь законы квантового правила физики. Гейзенберг и законы Бора квантовых отношений неуверенности заявляют, что, когда каждый измеряет систему, Вы не можете одновременно измерить положение частицы и ее скорости и получить точное число.
Вы можете измерить одну из этих переменных, например, положения и получить число с почти неограниченной точностью. В том же самом измерении скорость частицы тогда была бы сомнительна. Если бы Вы измеряете точную скорость частицы, Вы тогда получили бы неопределенное положение в том же самом измерении. Аналогично, в законах квантовой физики говорится тогда, когда Вы измеряете вращающееся движение, Вы не можете одновременно измерить скорость вращения и направление вращательной оси.
Точные сжатые измерения«Чтобы получить точные измерения ультрамаленьких магнитных полей, мы создали способ почти избежать ограничений квантовой физики, и мы провели эксперименты в лаборатории, где мы улучшаем измерения колеблющихся атомов. Недавно разработанный датчик, который может измерить ультрамаленькое магнитное поле, состоит из коллекции атомов в газообразной форме», объясняет преподаватель Юджин Ползик, глава исследовательской группы Quantop в Институте Нильса Бора в Копенгагенском университете.В квантовой лаборатории оптики у исследователей есть маленькая стеклянная труба, которая содержит облако миллиардов атомов газа цезия. Стеклянная труба 10 миллиметров длиной и имеет диаметр только 300 микрометров (микрометр миллионный из метра).
Атомы вращаются вокруг себя на наклоненной оси, но газовые атомы облетают вокруг helter skelter, и наклоненные оси атомов ориентированы во всех возможных направлениях. Используя лазерный свет, наклоны всех атомов превращены в том же самом направлении. Это направление могло быть сбито с курса, когда атомы врезались в стеклянную стену, но у стеклянной трубы есть внутреннее покрытие, которое гарантирует, чтобы они поддержали курс.
Теперь исследователи посылают новый луч лазерного света с различной частотой в газовые атомы, и затем странное квантовое явление происходит, свет и газовые атомы становятся запутанными. То, что они запутаны средства, что они установили квантовую связь – они синхронизированы и теперь полностью выровнены. Лазерный свет посылают с определенным пульсом, и Вы можете теперь измерить направление атомной оси, но только одно направление.
Это означает, что, когда атомы вращаются вокруг себя, его наклоненная ось формирует круг, и Вы не можете измерить точное положение всего круглого колебания оси. Но Вы можете разделить круг на северное/южное направление и восточное/западное направление.
«Что мы тогда делаем измерить одно из направлений, например, восточного/западного направления. Это называют сжатым государством, и это может быть измерено с очень небольшим количеством погрешности. Это очень полезно, потому что для многих измерений внешних магнитных полей только необходимо измерить восточное/западное направление, и таким образом мы можем вычислить ультрамаленькие магнитные поля с высокой точностью», говорит Юджин Ползик.
Супер чувствительные измерения крошечных электромагнитных полей и сил важны относительно исследования в биологии и медицине, и у исследовательской группы поэтому есть сотрудничество с врачами в Факультете Медицинских и Медицинских наук в Копенгагенском университете.