Впервые измерено биение магнитного сердца атома⁠⁠

Учёные впервые смогли в реальном времени зафиксировать «ритм магнитного сердца» атома — то есть наблюдать, как меняется его квантовое состояние. Для этого физики использовали сканирующий туннельный микроскоп, который позволил отследить движение электронов, синхронизированное с ядром атома титана-49. Такой подход дал возможность измерить длительность магнитного импульса внутри атомного ядра.

Результаты исследования помогают лучше понять, как именно ведёт себя спин атомных ядер на уровне отдельных частиц. Эти данные важны для развития квантовых технологий, поскольку спин часто используется как основа для кубитов — элементарных «квантовых битов» информации.

Спин — это особый вид углового момента, фундаментальное свойство всех элементарных частиц. В магнитах именно он отвечает за их свойства, а в квантовых компьютерах может служить носителем информации. Однако измерить спин атомного ядра напрямую очень сложно, потому что его состояние легко нарушается внешними воздействиями.

Чтобы обойти эту проблему, группа исследователей под руководством Эверта Столте и Джинвона Ли из Делфтского технологического университета (Нидерланды) решила наблюдать за поведением электронов в атоме — они связаны с ядром через так называемое сверхтонкое взаимодействие и могут «подсказывать» о состоянии спина, не вмешиваясь в него напрямую.

Поначалу измерения были слишком медленными, чтобы зафиксировать быстрые изменения ядерного спина. Тогда физики разработали особую импульсную схему: вместо непрерывного наблюдения микроскоп делает короткие измерения с паузами. Для эксперимента они выбрали изотоп титана-49 — стабильный и хорошо изученный элемент, известный своими магнитными свойствами.

В результате исследователям удалось «увидеть» переключения атома в реальном времени. Оказалось, что ядро переворачивает свой спин примерно раз в пять секунд, переходя из одного квантового состояния в другое и обратно. Причём измерения оказались быстрее, чем сам процесс колебаний.

Это достижение открывает путь к новым методам изучения ядерных спинов на атомном уровне и может помочь в создании более надёжных и управляемых кубитов для будущих квантовых компьютеров.

Источник: New-Science.ru https://new-science.ru/vpervye-izmereno-bienie-magnitnogo-serdca-atoma/