Pred takmer 60 rokmi predpovedal fyzik Nobelovy ceny Nikolaas Bloombergen nový jav zvaný nukleárna elektrická rezonancia. Ale nikto to nebol schopný predviesť v praxi – až doteraz.
Skutočné dôkazy o jadrovej elektrickej rezonancii boli vďaka chybnému zariadeniu náhodne nájdené v laboratóriu na University of New South Wales (UNSW) v Austrálii. Prelom dáva vedcom novú úroveň kontroly nad jadrami a mohol by dramaticky urýchliť vývoj kvantových počítačov.
V centre pozornosti tohto javu je myšlienka riadenia rotácie jednotlivých atómov pomocou elektrických a nie magnetických polí. To znamená presnejšiu kontrolu jadier, ktorá môže mať vplyv na rôzne oblasti vedy.
“Tento objav znamená, že teraz máme schopnosť zostavovať kvantové počítače pomocou monatomických rotácií bez toho, aby bolo potrebné akékoľvek vibračné magnetické pole,” hovorí kvantová fyzička Andrea Morello z UNSW.
„Okrem toho môžeme tieto jadrá použiť ako vynikajúco presné snímače elektrických a magnetických polí alebo na zodpovedanie základných otázok v kvantovej vede.“
V niektorých situáciách môže jadrová elektrická rezonancia nahradiť nukleárnu magnetickú rezonanciu, ktorá sa dnes bežne používa na rôzne účely: na skenovanie ľudských tiel, chemických prvkov, skalných útvarov a ďalšie.
Problém magnetického poľa spočíva v tom, že vyžaduje vysoké prúdy, veľké cievky a značný priestor.
Ak chcete monitorovať jednotlivé atómové jadrá – napríklad pre kvantové výpočty alebo pre veľmi malé senzory -, potom nukleárna magnetická rezonancia nie je veľmi dobrým nástrojom na prácu.
“Vykonávanie magnetickej rezonancie je ako pokúšať sa presunúť konkrétnu guľu na biliardový stôl zdvihnutím a zatrasením celého stola,” hovorí Morello. „Posunieme cieľovú loptu, ale presunieme aj všetky ostatné.“
„Prestávka v elektrickej rezonancii je ako dať skutočnú biliardovú palicu, aby trafila loptu presne tam, kam chcete.“
Bolo to počas experimentu s nukleárnou magnetickou rezonanciou, keď vedci UNSW vyriešili problém, ktorý predstavoval Bloombergen v roku 1961, a všetko sa týkalo rozbitej antény. Po niekoľkých neočakávaných výsledkoch si vedci uvedomili, že ich zariadenie nefunguje správne – a preukázali jadrovú elektrickú rezonanciu.
Pomocou následných počítačových simulácií bol tím schopný preukázať, že elektrické polia môžu ovplyvňovať jadro na základnej úrovni, narušiť atómové väzby okolo jadra a spôsobiť jeho preorientovanie.
Teraz, keď vedci vedia, ako môže fungovať jadrová elektrická rezonancia, môžu preskúmať nové spôsoby jej použitia. Navyše to môžeme pridať do rastúceho zoznamu významných vedeckých objavov, ku ktorým došlo náhodne.
„Tento pozoruhodný výsledok otvorí pokladnicu objavov,“ hovorí Morello. „Systém, ktorý sme vytvorili, je dostatočne prepracovaný na to, aby študoval, ako sa z kvantovej ríše vynára klasický svet, ktorý každý deň zažívame.“
„Navyše môžeme z jeho kvantovej zložitosti vytvoriť senzory pre elektromagnetické polia s výrazne zlepšenou citlivosťou. A to všetko v jednoduchom elektronickom zariadení vyrobenom z kremíka s malým napätím privádzaným na kovovú elektródu. ““
Štúdia bola publikovaná v časopise Nature.
Zdroje: Foto: UNSW / Tony Melov
