《科学家提出由准粒子驱动的超亮光源》

  • 来源专题:先进材料
  • 编译者: 李丹
  • 发布时间:2023-11-12
  • 来源:物理学家组织网

    一个国际科学家团队正在重新思考辐射物理学的基本原理,目的是创造超亮光源。2023年10月19日在《自然光子学》发表的一项新研究中,来自葡萄牙高级技术研究所、罗切斯特大学、加州大学洛杉矶分校和法国应用光学实验室的研究人员提出了使用准粒子创造光源的方法,这种光源与当今最先进的光源一样强大,但体积要小得多。

    准粒子是由许多同步运动的电子形成的。它们可以以任何速度传播,甚至比光速还快,并且能够承受强大的力量,就像黑洞附近的力量一样。


    激光能量学实验室的高级科学家、机械工程系助理教授、光学研究所副教授约翰·帕拉斯特罗说:“准粒子最吸引人的方面是它们能够以控制单个粒子的物理定律所不允许的方式运动,”

    Palastro和他的同事通过在欧洲高性能计算联合计划提供的超级计算机上运行先进的计算机模拟,研究了等离子体中准粒子的独特性质。他们看到了基于准粒子的光源的潜在应用,包括用于扫描病毒的非破坏性成像、理解光合作用等生物过程、制造计算机芯片以及探索行星和恒星中的物质行为。

    IST的博士生、该研究的主要作者Bernardo Malaca说:“灵活性是巨大的,即使每个电子都在进行相对简单的运动,所有电子的总辐射可以模仿比光速更快或振荡的粒子的辐射,即使局部没有单个电子比光速更快或振荡的粒子。”

    准粒子光源与现有的自由电子激光器等光源相比具有明显的优势,自由电子激光器稀少且庞大,对大多数实验室、医院和企业来说是不切实际的。根据该研究提出的理论,准粒子可以产生极其明亮的光线,只需要很小的传播距离,这可能会在全球各地的实验室引发广泛的科技进步。

    相关链接:https://phys.org/news/2023-10-scientists-super-bright-sources-powered-quasiparticles.html


  • 原文来源:https://www.opticsjournal.net/News/PT231020000101UzW3Z.html
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    • 一个国际科学家团队正在重新思考辐射物理学的基本原理,目的是创造超亮光源。在《自然光子学》发表的一项新研究中,来自葡萄牙高级技术研究所、罗切斯特大学、加州大学洛杉矶分校和法国应用光学实验室的研究人员提出了使用准粒子创造光源的方法,这种光源与当今最先进的光源一样强大,但体积要小得多。 准粒子是由许多同步运动的电子形成的。它们可以以任何速度传播,甚至比光速还快,并且能够承受强大的力量,就像黑洞附近的力量一样。 使用准粒子来制造与当今最先进的光源一样强大的光源 激光能量学实验室的高级科学家、机械工程系助理教授、光学研究所副教授约翰·帕拉斯特罗说:“准粒子最吸引人的方面是它们能够以控制单个粒子的物理定律所不允许的方式运动,” Palastro和他的同事通过在欧洲高性能计算联合计划提供的超级计算机上运行先进的计算机模拟,研究了等离子体中准粒子的独特性质。他们看到了基于准粒子的光源的潜在应用,包括用于扫描病毒的非破坏性成像、理解光合作用等生物过程、制造计算机芯片以及探索行星和恒星中的物质行为。 IST的博士生、该研究的主要作者Bernardo Malaca说:“灵活性是巨大的,即使每个电子都在进行相对简单的运动,所有电子的总辐射可以模仿比光速更快或振荡的粒子的辐射,即使局部没有单个电子比光速更快或振荡的粒子。” 准粒子光源与现有的自由电子激光器等光源相比具有明显的优势,自由电子激光器稀少且庞大,对大多数实验室、医院和企业来说是不切实际的。根据该研究提出的理论,准粒子可以产生极其明亮的光线,只需要很小的传播距离,这可能会在全球各地的实验室引发广泛的科技进步。
  • 《物理学家用量子麦克风计算声音粒子》

    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2019-07-29
    • 斯坦福大学的物理学家开发了一种“量子麦克风”,它非常灵敏,可以测量声音的单个粒子,称为声子。 该设备于7月24日发表在“自然”杂志上,最终可能会产生更小,更高效的量子计算机,通过操纵声音而不是光来操作。 斯坦福大学人文与科学学院应用物理学助理教授,研究负责人Amir Safavi-Naeini说:“我们希望这种设备能够为未来的量子机器提供新型的量子传感器,传感器和存储设备。” 量子运动 最早由阿尔伯特爱因斯坦于1907年提出,声子是由抖动原子发出的振动能量包。运动的这些不可分割的包或量子表现为声音或热量,这取决于它们的频率。 像光子,它是光的量子载体,声子是量子化的,意味着它们的振动能量被限制在离散值 - 类似于楼梯由不同的步骤组成。 “声音具有我们通常不会经历的这种粒度,”Safavi-Naeini说。 “声音,在量子水平,爆裂。” 机械系统的能量可以表示为不同的“Fock”状态 - 0,1,2等 - 基于它产生的声子数量。例如,“1 Fock状态”由一个特定能量的声子组成,“2 Fock状态”由两个具有相同能量的声子组成,依此类推。较高的声子状态对应于较响的声音。 到目前为止,科学家一直无法直接测量工程结构中的声子态,因为状态之间的能量差异 - 在阶梯类比中,步骤之间的间距 - 正在消失得很小。该研究的共同第一作者,研究生Patricio Arrangoiz-Arriola说:“一个声子对应的能量比保持灯泡一秒所需的能量小十万亿亿倍。” 为了解决这个问题,斯坦福大学的团队设计了世界上最敏感的麦克风 - 利用量子原理来窃听原子的低语。 在普通的麦克风中,入射的声波摇动内部膜,并且该物理位移被转换成可测量的电压。这种方法不适用于检测单个声子,因为根据海森堡不确定性原理,量子物体的位置如果不改变它就不能精确地知道。 “如果你试图用常规麦克风测量声子的数量,测量行为会向系统注入能量,掩盖你试图测量的能量,”Safavi-Naeini说。 相反,物理学家设计了一种方法来直接测量声波中的Fock状态 - 从而测量声子的数量。 “量子力学告诉我们,位置和动量不能准确地知道 - 但它没有说能量,”Safavi-Naeini说。 “可以无限精确地了解能源。” 唱歌量子比特 该组开发的量子麦克风由一系列过冷纳米机械谐振器组成,这些谐振器很小,只有通过电子显微镜才能看到。谐振器耦合到超导电路,该超导电路包含在没有电阻的情况下移动的电子对。该电路形成量子比特或量子比特,其可以同时存在于两个状态并且具有可以电子方式读取的固有频率。当机械谐振器像鼓面一样振动时,它们会产生不同状态的声子。 “谐振器由周期性结构形成,就像声音的镜子一样。通过在这些人工晶格中引入缺陷,我们可以将声子捕获在结构的中间,”Arrangoiz-Arriola说。 像不守规矩的囚犯一样,被困的声子在监狱的墙壁上发出嘎嘎声,这些机械动作通过超细线传递到量子比特。 “当量子比特和谐振器的频率几乎相同时,量子比特对位移的敏感性特别强,”联合第一作者亚历克斯沃拉克说,他也是斯??坦福大学的研究生。 然而,通过使系统失谐以使量子位和谐振器以非常不同的频率振动,研究人员削弱了这种机械连接并触发了一种量子相互作用,称为色散相互作用,将量子位直接连接到声子上。 该键使得量子位的频率与谐振器中的声子数成比例地移动。通过测量量子比特的调谐变化,研究人员可以确定振动谐振器的量子化能级 - 有效地解析声子本身。 “不同的声子能级在量子比特谱中表现为明显的峰值,”Safavi-Naeini说。 “这些峰值对应于Fock状态0,1,2等等。这些多峰从未见过。” 机械量子力学 掌握精确生成和检测声子的能力可以帮助为新型量子器件铺平道路,这些量子器件能够存储和检索编码为声音粒子的信息,或者可以在光学和机械信号之间无缝转换的信息。 可以想象,这种装置可以比使用光子的量子机器更紧凑和有效,因为声子更容易操作并且具有比光粒子小数千倍的波长。 “现在,人们正在使用光子对这些状态进行编码。我们希望使用声子,这带来了许多优势,”Safavi-Naeini说。 “我们的设备是制造'机械量子力学'计算机的重要一步。” 斯坦福大学的其他合着者包括研究生王昭友,姜文涛,蒂莫西麦肯纳和杰里米威特默,以及博士后研究人员Marek Pechal和RaphëlVanLaer。 ——文章发布于2019年7月26日