Sadat erilaiset äänet ympäröivät meitä joka päivä. Oletko koskaan ajatellut äänen rakennetta? Koulufysiikan aikana tiedämme ääni-aalloista, mutta kaikki universumissamme koostuu alkuainehiukkasista. Ja ääniaalto ei ole poikkeus. Stanfordin yliopiston fyysikot ovat luoneet erittäin herkän mikrofonin tutkiakseen ääniä perusteellisesti. Sitä voidaan kutsua jossain määrin "kvanttimikrofoniksi", koska se pystyy poimimaan fononien, nimeltään alkeisääniosien, värähtelyjä.
Mikä on fononi
Vuonna 1907 Albert Einstein ehdotti fononien mahdollisuutta. Se on hiukkanen, joka on värähtelevän energian kerääntyminen. Ärtyneet atomit lähettävät fononeja ja ne esiintyvät eri taajuuksien ääninä. Jokainen fononi sisältää tietyn määrän värähtelyenergiaa. Energian yksikköä kutsutaan Fockiksi. Jos 1 fock on rekisteröity ääniaallaan, se sisältää yhden fononin. Jos 2 Fock - 2 fononia ja niin edelleen. "Kvantumikrofoni" perustuu Fock-mittausperiaatteeseen.
Mikä on "kvantimikrofoni" ja miten se toimii
Kvantumikrofoni on resonaattori, joka on jäähdytetty erittäin matalaan lämpötilaan. Mutta et voi nähdä sitä paljaalla silmällä, koska se on niin pieni, että se voidaan nähdä vain suurella suurennuksella elektronimikroskoopilla. Resonaattori on kytketty piiriin, jonka sisällä sitoutuneiden elektronien parit kiertävät. Näiden elektroniparien liikkeen taipuma syntyy fononien vaikutuksesta niihin. Resonaattori kaappaa tämän vaikutuksen, rekisteröi ja lähettää järjestelmään analyysiä varten.
Mainosvideo:
Miksi tarvitset "kvantimikrofonin"
Ensinnäkin, laite on välttämätön ääniaaltojen luonteen tutkimiseksi tarkemmin ja fononien muodostumisprosessin ymmärtämiseksi. Lisäksi kun toimintatapaa vaihdetaan, "kvantimikrofoni" pystyy tuottamaan itsessään yksittäisiä fononeja. Toisin sanoen sitä voidaan käyttää kirjaimellisesti alkuainehiukkasten (tässä tapauksessa vain äänihiukkasten) generaattorina, ja toisin kuin suuri hadronikoppuri, tämä ei vaadi hiukkasten törmäyksiä suurilla nopeuksilla. Kaikki tapahtuu pienten värähtelyjen muodostumisen vuoksi atomitasolla.
Tämä mahdollistaa mikroskooppisten laitteiden luomisen, jotka pystyvät tallentamaan ja toistamaan äänen alkuainepartikkelien (fononien) koodaamia kvanttitietoja. Lisäksi tällaiset järjestelmät voivat toimia mekaanisten signaalien muuntajina optisiksi signaaleiksi ja päinvastoin, joita voidaan käyttää tulevaisuudessa luomaan kvanttitietokoneita ja muita korkean teknologian laitteiden osia.