Změnami statického napětí mezi nanotrubičkami a elektrodou čítače se podařilo nastavovat resonanční frekvence uhlíkových nanotrubiček. Výzkumníci tento výsledek předvedli s několika nanotrubičkami na niklovém podpůrném hrotu. Přirozené resonanční frekvence nanotrubiček odpovídají jejich oscilacím s největší amplitudou, tedy pohybu, který lze přímo studovat pozorováním vzorku elektronů rozptýlených na konci nanotrubiček. Vibrace je vybuzena použitím dodatečného sinusového napětí správné frekvence na jednu z elektrod. Tato metoda umožňuje výzkumníkům další manipulaci s nanotrubičkami, které do budoucna slibují využití v řadě aplikací. Podle Stephena Purcella z Univerzity v Lyonu [M1], jednoho ze spolautorů článku, s těmito výsledky, správně excitované a naladěné nanotrubičky mohou v budoucnu sloužit jako základ nanometrických oscilačních obvodů a různých sensorů nano- rovnováhy a nano-silového působení. (Purcell et al., Physical Review Letters, 30.prosince 2002)
 

Ve snaze zodpovědět obtížně testovatelné otázky kvantového světa výzkumníci NIST [X1] použili počítač založený na iontové pasti pro simulace pravidel kvantové mechaniky, která mohou ovlivňovat hodnoty "spojitých proměnných" mikroskopických částic, jako je poloha nebo hybnost. V kvantové mechanice poloha a hybnost jsou fyzikálními veličinami se spojitým spektrem, tedy jejich hodnoty mohou nabývat libovolné fyzikálně smysluplné hodnoty. Iontová past, fungující jako určitý kvantový počítač, může nyní během několika sekund simulovat experimenty kvantové fyziky, jejichž příprava by dříve trvala několik dní. Navíc může simulovat také experimenty, jejichž provedení vyžaduje řídce se vyskytující objekty, jako jsou kvantově propletené fotony (ve společném kvantovém stavu), které vznikají relativně vzácně.

Kvantové počítače používají neobvyklou logiku mikroskopického světa a proto mohou provádět účinné simulace zdánlivě nesmyslných fyzikálních jevů. Jak předpověděl již Richard Feynman, prvními praktickými aplikacemi kvantových počítačů jsou kvantové simulace různých jevů. Všechny tyto simulace však vytvářely kvantové jevy pouze s diskrétními veličinami, jako je energie elektronu v atomu nebo spin, které mohou nabývat pouze diskrétních hodnot. Nová verze kvantových simulací umožňuje studovat kvantové procesy jak s diskrétními tak se spojitými fyzikálními veličinami.

Pro konstrukci svého simulátoru výzkumníci NIST [X1] v Coloradu do iontové pasti umístili jediný iont atomu beryllia-9, na který působili elektrickými poli. Když iont kmitá v iontové pasti, jeho poloha a hybnost jsou spojitými veličinami. To umožňuje vědcům snadno simulovat další komplementární dvojice spojitých veličin jako jsou amplituda elektrického pole a fázový posun, které jsou spojeny určitým přesným matematickým vztahem. Vědci simulace provádějí ozařováním iontu posloupností upravených světelných pulsů. Tyto pulsy způsobují, že se iont chová jako něco, co sám není, například jako elektron vázaný v atomu nebo dokonce jako foton, který prošel rozbočovačem paprsku. Vlivem světelných pulsů kvantové stavy iontu odpovídají přesně situacím, které vědci chtějí studovat.

Nyní výzkumníci mohou provádet jednoduché experimenty, které dokazují některé kvantové principy. Například mohou studovat, jak by se choval foton, pokud by byl kvantově propleten s jiným fotonem, který vznikne průchodem rozbočovačem paprsku. Pomocí upravených světelných pulsů výzkumníci mohou simulovat působení rozbočovače na foton. Například ukázali, že interferometrie se třemi kvantově propletenými fotony může být třikrát přesnější než s jediným fotonem. (Leibfried et al, Physical Review Letters, 9. prosince 2002; Dietrich Leibfried, [M2])
 

Místo v pondělí každého týdne bude tištěná verze Physics News Letters publikována každý pátek. Tištěná verze tak bude schopna zachytit všechny články, které v daném týdnu byly publikovány on-line. Nový termín publikování neovlivní oficiální publikační datum jednotlivých článků.

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 618. December 23, 2002 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon.

[X1] National Institute of Standards and Technology.

Skupině výzkumníků Univerzity v Hamburgu (Jurij Švydko, [M1]) se pomocí Fabryova-Perotova interferometru poprvé podařilo vytvořit interferenční obrazec vyvolaný roentgenovým zářením. Tento výsledek zřejmě povede k nové generaci roentgenových optických zařízení, jako jsou roentgenové spektrální filtry s vysokým rozlišením nebo přesné roentgenové hodiny. Lze očekávat také nové metody kalibrace měření délek v atomovém měřítku. Roentgenové záření je elektromagnetické záření s vyšší energií a kratší vlnovou délkou, než má viditelné nebo ultrafialové záření. Roentgenové záření prochází a rozptyluje se průchodem různými materiály a proto se obtížněji odráží od nějakého povrchu. Roentgenové dalekohledy na oběžné dráze Země používají jen malé množství přicházejícího záření, které odrážejí pod určitým malým úhlem od zrcadel do detektoru. V posledních letech se výzkumníkům v Hamburgu podařilo odrazit roentgenové záření přímo nazpět pomocí speciálních zrcadel ze safíru (Al₂ O₃). Nevýhodou těchto zrcadel, odrážejících roentgenové záření pod velkým úhlem, kromě obtížné výroby krystalických zrcadel bez defektů, je jejich použití jen pro velmi úzké spektrální pásmo. Tento fakt vylučuje použití těchto zrcadel v roentgenových dalekohledech, které zachycují široké spektrum. V novém zařízení, které využívá Fabryův-Perotův interferometr, odražené vlny resonují v dutině mezi dvěma přesně umístěnými zrcadly. Tato zrcadla odrážejí pouze vlny s celým násobkem poloviny vlnové délky záření. Světlo dopadající do dutiny se odráží v dutině tam a zpět a dutinu opouští jen světlo s násobky nastavené vlnové délky. Interference tohoto záření slouží jako modulace světla v dutině jak v čase tak ve vlnové délce. Obrazce z Fabryova- Perotova interferometru umožňují měření vlnové délky roentgenova záření a nabízejí tak možnost vytvořit nový vysoce přesný standard délky. Současná nejpřesnější měření vlnové délky roentgenova záření využívají Braggova rozptylového obrazce, kdy záření prochází křemíkovým krystalem, u něhož známe vzdálenost jednotlivých atomů s nepřesností 6.10^-8.

Existuje jaderný proces související s Mossbauerovým jevem, při němž vzniká roentgenové záření (Mossbauerovo záření) s vekmi úzkou spektrální čárou. Nejznámější Mossbauerovo záření pochází z rozpadu atomu železa Fe-57 v prvním excitovaném stavu. Vlnová délka tohoto záření je přibližně 0,086 nm a je proto vhodná pro měření v atomovém měřítku. Stabilita vlnové délky má nepřesnost 1:10¹¹ a je proto srovnatelná s nejlepšími cesiovými hodinami. Pokud by se toto Mossbauerovo záření použilo pro kalibrací vhodného Fabryova-Perotova interferometru, který by byl schopen pracovat jak v roentgenovém tak ve viditelném spektru, získali bychom stabilní a snadno reprodukovatelnou vlnovou délku (tedy délkový standard) s přesností výrazně vyšší, než dnes dosahují například helium-neonové lasery.

Důležitého kroku k tomuto cíli dosáhli výzkumníci pomocí experimentů prováděných se zdroji synchrotronového záření včetně zdroje fotonů Advanced Photon Source v Argonne nedaleko Chicaga a zařízení HASYLAB v laboratořích DESY poblíž Hamburgu. Tyto zdroje synchrotronového záření byly použity pro svoji značnou podobnost s Mossbauerovým zářením. Díky tomu byly pozorovány interferenční obrazce roentgenova záření ve Fabryově-Perotově interferometru. Během doby útlumu záření s násobky vlnových délek vycházejícího z dutiny bylo spektrální rozostření Fabryovy- Perotovy interference menší než jeden mikroelektronvolt. Tento výsledek je asi 100 krát lepší, než dosahují nejlepší krystalická zařízení. (Shvyd'ko et al., leden 2003, Physical Review Letters)
 

V posledních letech přitahuje stále větší pozornost možnost skrývat zprávy do chaotických signálů jako způsobu bezpečného přenosu informace. Většina odborných prací na toto téma však byla teoretická nebo byla přísně omezena na laboratorní experimenty. Skupina výzkumníků v Beijingu nyní předvedla chaotické šifrování zpráv při obousměrném přenosu hlasu v počítačové síti. Pomocí mechanismu 32-bitového šifrování osobní počítač s rychlostí procesoru 750 MHz může šifrovat hlasovou komunikaci běžných telefonních linek rychlostí srovnatelnou s požadavkem standardu Advanced Encryption Standard. Dosud žádná metoda šifrování není naprosto bezpečná a po jistém úsilí a s použitím většího počtu počítačů lze každou šifrovanou zprávu rozšifrovat. Výzkumníci (Hu Gang, Beijing Normal University, [M2]) tvrdí, že jejich šifrovací mechanismus je již dostatečně bezpečný a přitom proveditelný pomocí komerčně vyráběných zařízení. Potenciální hacker by se svým počítačem potřeboval dobu miliónkrát delší než je doba existence vesmíru, aby kód rozšifroval. (S. Wang et al., Physical Review E, prosinec 2002)

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 619. January 3, 2003 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon.

Lze rychlost gravitace měřit přímo pomocí pozorování jevů gravitačních čoček? Dva vědci, kteří studovali ohyb světla quasarů procházejícího ve velmi těsné blízkosti planety Jupiter, jsou přesvědčeni, že odvodili experimentální hodnotu pro rychlost gravitace. Podle jejich výsledků je rychlost šíření gravitace rovna 1,06 násobku rychlosti světla ve vakuu (s neurčitostí 20%). Jiní dva vědci však tvrdí, že experimenty s gravitačními čočkami jsou jen hrubým měřením samotné rychlosti světla.

Fyzikové jsou již dlouho přesvědčeni, že působení gravitační interakce, podobně jako elektromagnetické interakce, se nešíří okamžitě, ale konečnou rychlostí. Známým příkladem je pozorování slunečního kotouče, který vidíme se zpožděním asi 8 minut. Většina teoretiků je přesvědčena, že gravitace se šíří rychlostí světla ve vakuu. Zatímco intenzitu gravitace lze měřit poměrně snadno (například měřením intenzity gravitace pobliž černé díry, kde rotující látka dopadem na horizont černé díry vyzařuje intenzivní roentgenové záření), rychlost šíření gravitace lze studovat obtížně.

Jupiter sice nemá hmotnost jako nějaká hvězda, avšak přesto má nezanedbatelnou gravitaci. 8. září 2002 se Jupiter nacházel v blízkosti zorného paprsku mezi Zemí a quasarem J0842+1835. Podle obecné teorie relativity by zdánlivá poloha quasaru na obloze měla během několika dní oběhnout malou smyčku v důsledku přítomnosti gravitační čočky vyvolané planetou. Sergej Kopejken (Universita v Missoury) a Ed Fomolont (NRAO, National Radio Astronomy Observatory) právě takovou smyčku pozorovali, jak uvedli na zasedání Americké astronomické společnosti v Seeatlu, které proběhlo ve druhém lednovém týdnu roku 2003. Pro účely svých měření astrofyzikové použili soustavu radioteleskopů VLBA (Very Long Baseline Array) s takovou konfigurací detektorů, aby získali úhlové rozlišení 10 obloukových mikrosekund. Smyčku pozorovali nepatrně posunutou vůči poloze, v níž by byla při okamžitém šíření gravitace. Kopejken a Fomolont interpetovali toto nepatrné posunutí jako experimentální důkaz rychlosti gravitace a její hodnotu určili na 1,06 rychlosti světla c.

Jiní vědci s touto interpretací však nesouhlasí a tvrdí, že získaná data nepředstavují nic jiného, než měření rychlosti světla a nikoliv gravitace. Podobné názory vyslovili ve svých článcích Clifford Will z Washingtonské university [X1] a Hideki Asada z University v Hirosaki [X2].
 

Boseovy-Einsteinovy kondenzáty sice zanikají globálně, ale vznikají lokálně. Boseovy-Einsteinovy kondenzáty (BEC) jsou oblaka miliónů atomů ve společném koherentním kvantovém stavu. Proto se chovají jako kvantový objekt makroskopických rozměrů. Dosud výzkumníci věnovali především pozornost kritickým podmínkám vzniku Boseových-Einsteinových kondenzátů a příliš nestudovali samotný proces jejich rozpadu. Výzkumníci z FOM Ústavu pro atomovou a molekulární fyziku v Holandsku a z Kurčatovova ústavu v Rusku se soustředili na rozpad kondenzátů a objevili překvapivé jevy při analýze vzorků ve tvaru cigaret. Ve svém experimentu atomy přivedly do stavu Boseova-Einsteinova kondenzátu použitím "šokového ochlazování". Při tomto způsobu se používají záblesky radiových vln o délce jedné milisekundy a nikoliv trvalé radiové záření při běžném odpařování nejteplejších atomů. Jejich výzkum ukázal, že Boseova-Einsteinova kondenzace vzniká jako lokální jev s lokální koherencí, která se postupně mění v koherenci celého vzorku. Jinými slovy, kondenzace probíhá tak rychle, jak rychle přecházejí atomy do základního stavu. Při vzniku kondenzátu proto všechny atomy nejsou v rovnováze.

Teplejší atomy se nacházejí poblíž středu a chladnější atomy na koncích kondenzátu ve tvaru cigarety. Jakmile se všechny atomy blíží k rovnováze, kondenzát začne ve svém tvaru oscilovat. Výzkumníci tyto oscilace studovali pomocí absorbčního zobrazování po vypnutí magnetické pasti. Po vypnutí magnetické pasti se atomy kondenzátu obvykle rozpínají všemi směry. Avšak v tomto případě se oscilující kondenzát ve správném okamžiku axiálně (osově) smršťuje a radiálně rozpíná. Osová velikost kondenzátu dosahuje minimální hodnoty v okamžiku, kdy vzorek skapává působením gravitace. Tento experiment se podobá zaostřování atomového laseru. Velikost ohniska je určena rozdělením axiálního momentu mezi atomy kondenzátu a proto obsahuje hodnotnou informaci o fázové fluktuaci kondenzátu v okamžiku rozpadu. (Shvarchuck et al., Physical Review Letters, 30. prosince 2002; kontakt: Jook Walraven, [M1], [X3])

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 620. January 10, 2003 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon.