Honderden verschillende geluiden omringen ons elke dag. Heb je ooit nagedacht over de structuur van geluid? Van de schoolfysica weten we over geluidsgolven, maar alles in ons universum bestaat uit elementaire deeltjes. En de geluidsgolf is geen uitzondering. Om grondig te onderzoeken wat geluid maakt, hebben natuurkundigen van Stanford University een zeer gevoelige microfoon gemaakt. Het kan tot op zekere hoogte een "kwantummicrofoon" worden genoemd, omdat het de trillingen van elementaire geluidsdeeltjes, fononen genaamd, kan opvangen.
Wat is een fonon
Al in 1907 stelde Albert Einstein de mogelijkheid van fononen voor. Het is een deeltje dat een opeenstapeling is van trillingsenergie. Fononen worden uitgezonden door opgewonden atomen en verschijnen als geluiden met verschillende frequenties. Elke fonon bevat een bepaalde hoeveelheid trillingsenergie. De eenheid van energie wordt Fock genoemd. Als 1 Fock in een geluidsgolf is geregistreerd, dan bevat deze 1 fonon. Als 2 Fock - 2 fononen enzovoort. Het is op het Fock-meetprincipe dat de "kwantummicrofoon" is gebaseerd.
Wat is een "kwantummicrofoon" en hoe werkt deze?
Een kwantummicrofoon is een resonator die tot een ultralage temperatuur is gekoeld. Maar je kunt het niet met het blote oog zien, omdat het zo klein is dat het alleen te zien is onder een elektronenmicroscoop met een sterke vergroting. De resonator is verbonden met een circuit waarin paren gebonden elektronen circuleren. De afbuiging in de beweging van deze elektronenparen ontstaat als gevolg van de werking van fononen erop. Dit effect wordt opgevangen door de resonator, geregistreerd en voor analyse naar het systeem verzonden.
Promotie video:
Waarom heb je een 'kwantummicrofoon' nodig
Allereerst is het apparaat nodig om de aard van geluidsgolven nauwkeuriger te bestuderen en om het proces van fononvorming te begrijpen. Bovendien is de "kwantummicrofoon" in staat om zelf afzonderlijke fononen te genereren wanneer de bedieningsmodus wordt gewijzigd. Dat wil zeggen, het kan letterlijk worden gebruikt als een generator van elementaire deeltjes (in dit geval alleen geluiddeeltjes) en, in tegenstelling tot de Large Hadron Collider, vereist dit geen deeltjesbotsingen bij hoge snelheden. Alles gebeurt door het genereren van kleine trillingen op atomair niveau.
Dit zal het mogelijk maken om microscopisch kleine apparaten te maken die in staat zijn om kwantuminformatie op te slaan en te reproduceren die is gecodeerd in de parameters van elementaire geluiddeeltjes (fononen). Bovendien kunnen dergelijke systemen fungeren als converters van mechanische signalen in optische signalen en vice versa, die kunnen worden gebruikt om in de toekomst kwantumcomputers en andere elementen van hightech-gadgets te maken.