Forskare och ingenjörer som arbetar vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) har utvecklat en teknik för att ta riktiga bilder av fermioner i grupper om tusentals åt gången. Det innebär att man använder lasrar för att hänga upp dem på ett ställe och frysa dem på plats.
Men vilken typ av subatomära partiklar är fermioner? Tja, låt oss försöka förstå lite av Partikelfysik 101.
Det finns två grundläggande typer av partiklar; De med massa kallas fermioner och de utan massa kallas bosoner. Bosoner är ren energi och kan därför inte klassificeras som massapartiklar. Fermioner inkluderar alla typer av subatomära partiklar såsom elektroner, neutroner, protoner, etc., medan bosoner inkluderar fotoner, gravitoner och andra mindre kända partiklar. Fermioner kan inte ses i mikroskop eftersom deras roterande kvantantal och konstanta vibrationer gör det omöjligt för oss att se dem i en enda bit.
För att motverka rotationstillstånden för dessa partiklar används ultrakalla temperaturer nära absolut noll (noll Kelvin). Denna åtgärd stoppar deras snurr lite och då har vi ett tydligare skott mot dem. Fotoner från bosonpartiklar är mycket lättare att observera i mikroskop eftersom det är lätt för dem att vara i samma kvanttillstånd under långa tidsperioder. Fermioner kan helt enkelt inte göra det på grund av deras partikelformiga natur. Bosonmikroskop gjordes framgångsrikt vid Harvard University och Max Planck Institute for Quantum Optics. Men inget fermionmikroskop hade framgångsrikt uppgraderats.
Först var killarna på MIT tvungna att hitta ett nytt sätt att kyla partiklarna till en observerbar nivå. Till och med tekniker som användes 1995 för Bose-Einstein-kondensering som gjorde att fermioner kunde svalna till en tiotusendel av absolut noll kallades otillräckliga för att hålla enskilda partiklar på ett ställe. När partiklarna når denna låga temperatur, avger de fotoner som kan användas för att hitta den exakta platsen för partikeln i kristallgittret. Vi vet den exakta platsen för partikeln, så vi kan justera den lite mer och ordna den till den formation vi vill ha.
Men att se dessa partiklar var svårt för när Ljuset lyste tillbaka dem för att se dem, avbröt det deras latenta energitillstånd och slog dem ur plats. Teamet löste detta skickligt genom att skjuta två strålar mot dem. En absorberades och ställdes inför partikelns störda positioner; den andra strålen gick in och kylde den tillbaka till sin ursprungliga form, lägre exciterat tillstånd.
Med denna teknik kunde forskarna fånga 1 000 fermioner i enskilda bilder. Dessa bilder kommer att hjälpa oss att förstå fermioners grundläggande natur. Eftersom partiklarna som användes här var elektroner, förväntas de öppna nya dörrar för högtemperatursupraledning, förlustfri elektrisk utbredning och konstruktion av kvantdatorer.
Nu kan vi säkert säga att verkliga atombilder inte är långt borta. Det ska bli fantastiskt att se atomerna på nära håll!
