Hundratals olika ljud omger oss varje dag. Har du någonsin tänkt på ljudets struktur? Från skolfysiken vet vi om ljudvågor, men allt i vårt universum består av elementära partiklar. Och ljudvågen är inget undantag. För att noggrant studera vad som gör ljud har fysiker vid Stanford University skapat en mycket känslig mikrofon. Den kan till viss del kallas en "kvantmikrofon", eftersom den kan ta upp vibrationerna i elementära ljudpartiklar som kallas fononer.
Vad är ett fonon
Tillbaka 1907 föreslog Albert Einstein möjligheten till fononer. Det är en partikel som är en ansamling av vibrationsenergi. Telefoner släpps ut av upphetsade atomer och visas som ljud med olika frekvenser. Varje fonon innehåller en viss mängd vibrationsenergi. Enheten energi kallas Fock. Om 1 Fock är registrerad i en ljudvåg, innehåller den 1 fonon. Om 2 Fock - 2 fononer osv. Det är på Fock-mätprincipen som "kvantmikrofonen" baseras.
Vad är en "kvantmikrofon" och hur fungerar den
En kvantmikrofon är en resonator kyld till en extremt låg temperatur. Men du kan inte se det med blotta ögat, eftersom det är så litet att det bara kan ses under ett elektronmikroskop med hög förstoring. Resonatorn är ansluten till en krets inom vilken par bundna elektroner cirkulerar. Avböjningen i rörelsen hos dessa elektronpar uppstår som ett resultat av fonons inverkan på dem. Denna effekt fångas av resonatorn, registreras och överförs till systemet för analys.
Kampanjvideo:
Varför behöver du en "kvantmikrofon"
Först och främst är enheten nödvändig för att mer noggrant studera ljudvågens natur, såväl som för att förstå processen för fononbildning. Dessutom kan "kvantmikrofonen" generera enstaka fononer när driftsättet ändras. Det vill säga, det kan bokstavligen användas som en generator av elementära partiklar (i detta fall endast ljudpartiklar), och till skillnad från Large Hadron Collider kräver detta inte partikelkollisioner med hög hastighet. Allt händer på grund av generering av mindre vibrationer på atomnivå.
Detta gör det möjligt att skapa mikroskopiska enheter som kan lagra och reproducera kvantinformation som är kodad i parametrarna för elementära ljudpartiklar (fononer). Dessutom kan sådana system fungera som omvandlare av mekaniska signaler till optiska signaler och vice versa, som kan användas för att skapa kvantdatorer och andra element av högteknologiska prylar i framtiden.