Monika Schleier-Smith กล่าวว่า “ฉันชอบถ้าฉันสามารถวิ่งเว็บตรงขึ้นเนินและได้รับรางวัลเป็นวิวอ่าว เธอกำลังพูดถึงสถานที่โปรดในการออกกำลังกายรอบๆ เมือง Palo Alto รัฐแคลิฟอร์เนีย แต่ทัศนคตินี้ก็นำไปใช้กับงานทางวิทยาศาสตร์ของเธอด้วย นักฟิสิกส์ที่สแตนฟอร์ด Schleier-Smith วัย 36 ปี มีชื่อเสียงในด้านการยอมรับการปีนขึ้นเนิน เธอจะผลักดัน ผลักดัน ผลักดันรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ของการทดลอง จนกว่าเธอจะบรรลุสิ่งที่คนอื่นคิดว่าแทบจะเป็นไปไม่ได้
รางวัลของเธอ? การได้เห็นอะตอมกลุ่มใหญ่ทำตามคำสั่งของเธอและมีปฏิสัมพันธ์
ซึ่งกันและกันในระยะทางที่กว้างใหญ่อย่างเหลือเชื่อ อย่างน้อยก็สำหรับอาณาจักรควอนตัม
Susanne Yelin นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ผู้ซึ่งติดตามงานวิจัยของ Schleier-Smith กล่าว เธอได้รับผลลัพธ์แม้ว่า “ทุกสิ่งที่มีอยู่ในธรรมชาติ” กำลังทำงานกับการทดลองของเธอ
ฟิสิกส์ควอนตัมอธิบายไมโครเวิร์ลที่มีความเป็นไปได้มากมายครอบงำ อะตอมและอนุภาคที่ไม่ได้รับการสังเกตไม่มีตำแหน่งที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน และสามารถแบ่งปันข้อมูลโดยส่วนต่างๆ ของระบบที่มีระยะห่างกันอย่างกว้างขวาง “เรามีสมการที่อธิบายกลศาสตร์ควอนตัมได้ดี แต่เราไม่สามารถแก้สมการเหล่านี้ได้เมื่อเราจัดการกับอนุภาคมากกว่าสองสามอนุภาค” Schleier-Smith กล่าว
เป็นเรื่องน่าละอาย เพราะการเข้าใจว่ากลุ่มเล็กๆ เหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กันมากเพียงใด เป็นสิ่งสำคัญในการหาว่าโลกของเราทำงานอย่างไรในระดับพื้นฐานที่สุด การทำให้อะตอมมีพฤติกรรมที่ถูกต้องก็มีประโยชน์ในทางปฏิบัติเช่นกัน มันสามารถนำไปสู่นาฬิกาที่แม่นยำที่สุด เป็นประโยชน์สำหรับการวัดที่แม่นยำ และคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สามารถแก้ปัญหาที่ยากเกินไปสำหรับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน
การตั้งค่าการทดลองของ Schleier-Smith
ใช้การจัดเรียงอย่างประณีตบนโต๊ะของกระจก เลเซอร์ ห้องสุญญากาศ และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เพื่อทำให้อะตอมเย็นลง ตรึงพวกมันให้เข้าที่แล้วจัดการด้วยแสง เป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่ยุ่งเหยิง การสร้างซึ่งต้องใช้ความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับฟิสิกส์ในขณะเล่นและความรู้ด้านวิศวกรรม
ตั้งค่าการทดลองมิเรอร์
Monika Schleier-Smith และทีมของเธอดักจับอะตอมเย็นระหว่างกระจกสองบาน (ดังภาพ) การตั้งค่านี้ช่วยให้ทีมสร้างภาพอะตอมได้
SCHLEIER-SMITH LAB
ในฐานะนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่ MIT Schleier-Smith ทำงานร่วมกับทีมเล็กๆ ที่ผลักดันความเที่ยงตรงของนาฬิกาอะตอมเกินสิ่งที่เรียกว่า “ขีดจำกัดควอนตัมมาตรฐาน ” รายงานผลในปี 2010 แม้ว่าผู้คนจะรู้ว่าสิ่งนี้เป็นไปได้ในทางทฤษฎี หลายคนคิดว่า มันยากเกินไปที่จะพยายามดึงออก Schleier-Smith ใช้เวลาหลายสัปดาห์ในการเพิ่มประสิทธิภาพและแก้ไขปัญหาวงจรควบคุมที่ทำให้เลเซอร์ของการทดลองอยู่ในความถี่ที่เหมาะสม Ian Leroux ผู้ซึ่งอยู่ในทีม MIT และปัจจุบันอยู่ที่ศูนย์วิจัยมาตรวิทยาของสภาวิจัยแห่งชาติของแคนาดาในออตตาวากล่าว เธอมี “ความเอาใจใส่ ความคล่องแคล่ว การสังเกต และความใส่ใจในรายละเอียดที่ผสมผสานกัน ซึ่งช่วยให้เธอสร้างเครื่องมือทำงานได้ดีกว่าที่มันควรจะเป็น”
เมฆอะตอม
ในการทดลองเมื่อเร็วๆ นี้ พบว่ามีการกระตุ้นในอะตอมที่ติดอยู่ ซึ่งในกรณีนี้จะมีลักษณะพลิกกลับในคุณสมบัติที่เรียกว่าสปิน สังเกตได้ว่ากระโดดข้ามเมฆอะตอม รูปร่างซิการ์ทั้งสามแสดงการกระโดดในก้อนเมฆก้อนเดียว (สถานะการหมุน +1, -1 และ 0, จากบนลงล่าง)
SCHLEIER-SMITH LAB
ในการทดลองล่าสุด รายงานในเดือนมกราคมในPhysical Review Letters Schleier-Smith และทีม Stanford ของเธอใช้แสงเลเซอร์เพื่อสร้างปฏิสัมพันธ์ทางไกลในกลุ่มเมฆที่มีอะตอมของรูบิเดียมเย็นประมาณ 100,000 อะตอม อะตอมคุยกันถึงอะตอมอื่นๆ ที่อยู่ห่างออกไปครึ่งมิลลิเมตร ซึ่งเป็นระยะห่างที่ดีสำหรับอะตอม ตามทิศทางของ Schleier-Smith การกระตุ้นในอะตอมในกรณีนี้คือการพลิกกลับในคุณสมบัติที่เรียกว่าสปินซึ่งกระโดดจากด้านหนึ่งของเมฆอะตอมไปยังอีกด้านหนึ่งโดยใช้โฟตอนเพื่อข้ามอะตอมในระหว่าง ยิ่งไปกว่านั้น ทีมงานได้ค้นพบวิธีสร้างภาพการกระโดดนั้น
Schleier-Smith ติดตามความสนใจในวิชาฟิสิกส์ของเธอตั้งแต่สมัยเรียนมัธยมปลาย เมื่อครูสอนวิชาเคมีบอกให้เธอคิดว่าอิเล็กตรอนนั้น “กระจายตัวเหมือนเนยถั่ว” ความคิดนี้ดึงดูดใจเธอ เธอรู้สึกว่าความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นหมายถึงการศึกษากลศาสตร์ควอนตัม
ไม่ใช่ข้อมูลเชิงลึกที่คุณคาดหวังจากนักเรียนมัธยมปลายโดยเฉลี่ย แต่การมองเห็นที่ชัดเจนนั้นเป็นลักษณะเฉพาะของงานของ Schleier-Smith
นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Emily Davis ซึ่งเคยทำงานในห้องทดลองของ Schleier-Smith มาตั้งแต่ปี 2013 กล่าวว่าเธอสามารถระบุความคิดที่น่าสนใจและเป็นไปได้อย่างรวดเร็ว (ประมาณครึ่งหนึ่งของสมาชิกในห้องปฏิบัติการปัจจุบันเป็นผู้หญิง ผิดปกติในสาขาที่ผู้ชายเป็นใหญ่)
“ฉันมักจะใช้สัญชาตญาณได้” Schleier-Smith กล่าว “ฉันคิดว่ามันเป็นเรื่องของการทำงานของสมอง”เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง
