Prije gotovo 60 godina, nobelovac, fizičar Nikolaas Bloombergen predvidio je novi fenomen nazvan nuklearna električna rezonancija. Ali niko to do sada nije mogao pokazati na delu.
Stvarni dokazi o nuklearnoj električnoj rezonanci slučajno su otkriveni u laboratoriji na Univerzitetu Novog Južnog Walesa (UNSW) u Australiji, zahvaljujući neispravnoj opremi. Proboj pruža naučnicima novi nivo kontrole nad jezgrima i mogao bi dramatično ubrzati razvoj kvantnih računara.
U središtu ovog fenomena je ideja kontrole rotacije pojedinih atoma električnim, a ne magnetnim poljima. To znači precizniju kontrolu jezgara, što može utjecati na različita područja nauke.
“Ovo otkriće znači da sada imamo sposobnost da gradimo kvantne računare koristeći monatomske spinove bez potrebe za bilo kakvim vibracijskim magnetnim poljem”, kaže kvantni fizičar Andrea Morello iz UNSW-a.
“Štaviše, ove jezgre možemo koristiti kao izuzetno precizne senzore za električna i magnetna polja ili za odgovaranje na osnovna pitanja u kvantnoj nauci.”
U nekim situacijama nuklearna električna rezonanca može zamijeniti nuklearnu magnetnu rezonancu, koja se danas široko koristi u razne svrhe: za skeniranje ljudskih tijela, hemijskih elemenata, kamenih formacija i još mnogo toga.
Problem magnetnog polja je taj što mu je potrebna velika struja, velike zavojnice i znatan prostor.
Ako želite pratiti pojedinačne atomske jezgre – možda za kvantno računanje ili vrlo male senzore – tada nuklearna magnetna rezonanca nije baš dobar alat za rad.
“Izvođenje magnetne rezonance je poput pokušaja premještanja određene lopte na bilijarski stol podizanjem i protresanjem cijelog stola”, kaže Morello. 'Pomaknut ćemo ciljnu loptu, ali i sve ostale.'
“Pauza u proučavanju električne rezonancije je poput predavanja pravog bilijarskog štapa da biste pogodili loptu tačno tamo gdje želite.”
Tokom eksperimenta nuklearne magnetne rezonance istraživači UNSW-a riješili su problem koji je Bloombergen postavio 1961. godine, a sve je bilo povezano sa slomljenom antenom. Nakon nekih neočekivanih rezultata, istraživači su shvatili da im oprema ne radi ispravno – i pokazali nuklearnu električnu rezonancu.
Kasnijim računarskim simulacijama, tim je uspio pokazati da električna polja mogu utjecati na jezgro na osnovnom nivou, iskrivljujući atomske veze oko jezgra i uzrokujući njegovo preusmjeravanje.
Sada kada naučnici znaju kako nuklearna električna rezonancija može raditi, mogu istražiti nove načine za njezinu upotrebu. Štoviše, ovo možemo dodati rastućoj listi značajnih naučnih otkrića koja su slučajno došla do nas.
“Ovaj izvanredan rezultat otvorit će riznicu otkrića”, kaže Morello. “Sistem koji smo stvorili dovoljno je sofisticiran da proučava kako klasični svijet koji svakodnevno doživljavamo izranja iz kvantne sfere.”
'Štoviše, njegovu kvantnu složenost možemo koristiti za stvaranje senzora za elektromagnetska polja sa značajno poboljšanom osjetljivošću. I sve to u jednostavnom elektroničkom uređaju izrađenom od silicijuma s malim naponom primijenjenim na metalnu elektrodu. '
Studija je objavljena u časopisu Nature.
Izvori: Foto: UNSW / Tony Melov
