Нулевые колебания помогли создать квантовый термометр

Физики из Национального Института Стандартов и Технологий (NIST) создали термометр со внутренним квантовым стандартом, основанным на нулевых колебаниях — квантовом явлении запрещающем атому быть полностью неподвижным даже при абсолютном нуле. Об исследовании авторы расскажут 16 марта на встрече Американского физического общества, кратко о работе сообщает пресс-релиз NIST.

Для измерения температуры ученые фиксировали с помощью лазерного луча колебания специальной микроскопической балки из нитрида кремния. Основные колебания при этом возникали из-за теплового движения молекул. Хотя колебания атомов в кристаллической решетке имеют амплитуду порядка пикометров — триллионных долей метра — их можно было обнаружить. 

Авторам удалось увидеть и другой тип колебаний — квантовый. Эти колебания являются проявлением принципа неопределенности Гейзенберга — в конкретной точке пространства частица не может находиться с точно определенной энергией, нулевой, к примеру. Такие колебания хорошо описаны теоретически и могут использоваться в качестве стандарта, относительно которого можно проводить измерения. Сравнивая между собой амплитуды тепловых и квантовых колебаний можно получить точное значение абсолютной температуры.

Физики отмечают, что сама балка миниатюрна и может быть встроена в оптоэлектронный чип. Совместив ее с разрабатываемыми в NIST фотонными термометрами можно будет создать устройство, не требующее время от времени калибровки. Работать такой термометр может как при криогенных температурах, так и при комнатной.

Владимир Королёв