Jeden Tag umgeben uns Hunderte verschiedener Geräusche. Haben Sie jemals über die Struktur des Klangs nachgedacht? Aus der Schulphysik wissen wir über Schallwellen Bescheid, aber alles in unserem Universum besteht aus Elementarteilchen. Und die Schallwelle ist keine Ausnahme. Um gründlich zu untersuchen, was Geräusche macht, haben Physiker der Stanford University ein sehr empfindliches Mikrofon entwickelt. Es kann bis zu einem gewissen Grad als "Quantenmikrofon" bezeichnet werden, da es die Schwingungen elementarer Schallteilchen, sogenannte Phononen, aufnehmen kann.
Was ist ein Phonon?
Bereits 1907 schlug Albert Einstein die Möglichkeit von Phononen vor. Es ist ein Teilchen, das eine Ansammlung von Schwingungsenergie ist. Phononen werden von angeregten Atomen emittiert und erscheinen als Töne mit unterschiedlichen Frequenzen. Jedes Phonon enthält eine bestimmte Menge an Schwingungsenergie. Die Energieeinheit wird als Fock bezeichnet. Wenn 1 Fock in einer Schallwelle registriert ist, enthält es 1 Phonon. Wenn 2 Fock - 2 Phononen und so weiter. Auf dem Fock-Messprinzip basiert das "Quantenmikrofon".
Was ist ein "Quantenmikrofon" und wie funktioniert es?
Ein Quantenmikrofon ist ein Resonator, der auf eine extrem niedrige Temperatur abgekühlt ist. Sie können es jedoch nicht mit bloßem Auge sehen, da es so klein ist, dass es nur unter einem Elektronenmikroskop mit hoher Vergrößerung sichtbar ist. Der Resonator ist mit einem Stromkreis verbunden, in dem Paare gebundener Elektronen zirkulieren. Die Ablenkung in der Bewegung dieser Elektronenpaare entsteht durch die Wirkung von Phononen auf sie. Dieser Effekt wird vom Resonator erfasst, registriert und zur Analyse an das System übertragen.
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Warum brauchen Sie ein "Quantenmikrofon"?
Zuallererst ist das Gerät notwendig, um die Natur der Schallwellen genauer zu untersuchen und den Prozess der Phononenbildung zu verstehen. Wenn der Betriebsmodus geändert wird, kann das "Quantenmikrofon" außerdem einzelne Phononen selbst erzeugen. Das heißt, es kann buchstäblich als Generator von Elementarteilchen (in diesem Fall nur Schallteilchen) verwendet werden, und im Gegensatz zum Large Hadron Collider erfordert dies keine Teilchenkollisionen bei hohen Geschwindigkeiten. Alles geschieht aufgrund der Erzeugung kleinerer Schwingungen auf atomarer Ebene.
Auf diese Weise können mikroskopische Geräte erstellt werden, mit denen Quanteninformationen gespeichert und reproduziert werden können, die in den Parametern elementarer Schallpartikel (Phononen) codiert sind. Darüber hinaus können solche Systeme als Wandler von mechanischen Signalen in optische Signale und umgekehrt fungieren, mit denen in Zukunft Quantencomputer und andere Elemente von High-Tech-Geräten erstellt werden können.