Vsak dan nas obkroži na stotine različnih zvokov. Ste že kdaj razmišljali o strukturi zvoka? Že iz tečaja šolske fizike vemo o zvočnih valovih, a vse v našem Vesolju je sestavljeno iz osnovnih delcev. In zvočni val ni izjema. Da bi temeljito preučili, kaj ustvarja zvok, so fiziki na univerzi Stanford ustvarili zelo občutljiv mikrofon. Do neke mere ga lahko imenujemo "kvantni mikrofon", saj lahko pobere vibracije elementarnih zvočnih delcev, imenovanih fononi.
Kaj je fonon
Albert Einstein je že leta 1907 predlagal možnost fononov. To je delček, ki je kopičenje vibracijske energije. Fononi oddajajo vzbujene atome in se pojavljajo kot zvoki različnih frekvenc. Vsak fonon vsebuje določeno količino vibracijske energije. Enota energije se imenuje Fock. Če je 1 Fock registriran v zvočnem valu, potem vsebuje 1 fonon. Če 2 Fock - 2 fononi in tako naprej. Na principu Fock merjenja temelji "kvantni mikrofon".
Kaj je "kvantni mikrofon" in kako deluje
Kvantni mikrofon je resonator, ohlajen do ultra nizke temperature. Toda s prostim očesom ga ne morete videti, saj je tako majhen, da ga lahko vidimo le pod elektronskim mikroskopom z veliko povečavo. Resonator je povezan z vezjem, znotraj katerega krožijo pari vezanih elektronov. Odklon v gibanju teh parov elektronov nastane kot posledica delovanja fonov na njih. Ta učinek zajame resonator, ga registrira in posreduje v sistem za analizo.
Promocijski video:
Zakaj potrebujete "kvantni mikrofon"
Najprej je naprava potrebna za bolj natančno preučevanje narave zvočnih valov, pa tudi za razumevanje procesa tvorbe fononov. Ko je spremenjen način delovanja, je "kvantni mikrofon" sposoben sam ustvariti posamezne zvoke. Se pravi, da ga lahko dobesedno uporabimo kot generator elementarnih delcev (v tem primeru le zvočnih delcev), za razliko od velikega hadronskega trkalnika pa to ne zahteva trka delcev pri velikih hitrostih. Vse se zgodi zaradi generiranja manjših vibracij na atomskem nivoju.
Tako bo mogoče ustvariti mikroskopske naprave, ki so sposobne shranjevati in reproducirati kvantne informacije, kodirane v parametrih elementarnih delcev zvoka (fononi). Poleg tega lahko takšni sistemi delujejo kot pretvorniki mehanskih signalov v optične signale in obratno, kar lahko uporabimo za ustvarjanje kvantnih računalnikov in drugih elementov visokotehnoloških pripomočkov.