Вчені з Національного інституту стандартів і технологій США експериментально довели, що рух мікроскопічного об'єкта можна "заморозити" до стану з енергією менше стандартної межі. Для цього вчені використовували так званий стислий стан світла, в якому невизначеність (або "квантовий шум") для фази електромагнітної хвилі штучно "стискають". Результати досліджень вчених були опубліковані в журналі Nature.
Стандартна квантова межа накладає обмеження на мінімальні температури, які можна досягти за допомогою звичайних методів лазерного охолодження. Неможливість одночасного завдання точної амплітуди і фази електромагнітної хвилі, за допомогою якої здійснюється лазерне охолодження, призводить до неконтрольованого надходження випадкової додаткової енергії до об'єкта. Таким чином, охолодити об'єкт до стану з мінімальною енергією (основного квантового стану) стає неможливим.
Проте існують окремі випадки, в яких стандартна квантова межа не є фундаментальним обмеженням. Одним із способів його обійти є використання для вимірювань так званих стислих станів світла. Саме ними і скористалися автори нової роботи для охолодження механічного осцилятора – коливної алюмінієвої мембрани, яку ще називають оптомеханическим "барабаном".
Спочатку вчені охолодили алюмінієву пластинку до температури 37 міллікельвин стандартними лазерними методами. При таких температурах руху "барабана" можна поставити у відповідність певний коливальний стан, заселений приблизно 75 фононами (квазічастинки, кванти коливального руху). Подальше охолодження проводили за допомогою методу бічної смуги.
Основна проблема реалізації методу бічної смуги полягає в тому, що антистоксові процесів завжди супроводжують стоксові. Проте цю рівновага можна "зрушити", якщо правильно розмістити об'єкт в оптичному резонаторі, в якому зазвичай відбувається охолодження в такому експерименті. Але навіть у цьому випадку стоксові процеси не можна обмежити повністю через вплив квантових флуктуацій електромагнітного вакууму.
Автори нової роботи знайшли спосіб, як можна звести ймовірність стоксових процесів практично до нуля, використовуючи так звані стислі стани світла. Використовуючи таку методику, авторам нової роботи вдалося "охолодити" систему з оптомеханічним "барабаном" аж до коливального стану, заселеного близько 0.19 фононами (квантовій межі відповідає стан близько 0.34 фонона). Вчені вважають, що їхній винахід дозволить незабаром охолоджувати деякі об'єкти до безпрецедентно низьких температур, що дозволить вивчати системи в їхньому основному квантовому стані.
Раніше повідомлялося про те, що вчені відкрили нову субатомную частку - пентакварк. Пентакварки були відкриті в результаті зіткнень протонів при енергіях до 8 тераелектронвольт. Маса пентакварка не перевищує 4,5 гігаелектронвольт. Раніше фізики достовірно знали про існування тільки адронів (частинки, які складаються з кварків і беруть участь у сильній взаємодії) з двох кварків (мезони) або трьох (баріони).