Gdy „niewyobrażalnie małe” staje się mierzalne
Wyobraź sobie, że chcesz zmierzyć energię potrzebną do podniesienia jednej czerwonej krwinki o szerokość jednego nanometra. Właśnie tego dokonali naukowcy z Finlandii. I tak, to naprawdę robi wrażenie.
Zespół z Uniwersytetu Aalto wspólnie z firmą IQM zarejestrował energię na poziomie 0,83 zeptodżula. Dla porównania – zeptodżul do dżula ma się tak, jak ziarnko piasku do wszystkich plaż na Ziemi. Ta skala jest tak absurdalnie mała, że trudno nam ją sobie w ogóle wyobrazić. I nic w tym dziwnego.
Jak zmierzyć coś, co prawie nie istnieje
Nie da się tego zmierzyć zwykłym miernikiem. Zwykłe detektory przy takiej precyzji po prostu nie działają.
Dlatego naukowcy zbudowali kalorymetr – urządzenie stworzone specjalnie do wykrywania minimalnych zmian ciepła. Ale klucz tkwił nie tylko w samym urządzeniu, lecz także w materiałach, z których je zrobiono. Wykorzystano dwa rodzaje metali: jeden to nadprzewodnik, który przy bardzo niskiej temperaturze przewodzi prąd bez żadnego oporu. Drugi to zwykły przewodnik, który stawia opór.
Gdy te dwa materiały połączono w temperaturze rzędu milikelwinów – zimniejszej niż w przestrzeni kosmicznej – nadprzewodnik stał się niezwykle wrażliwy. Najdrobniejsza porcja ciepła wystarczyła, żeby zaburzyć jego działanie. I właśnie tę minimalną zmianę udało się zarejestrować.
Dlaczego to ma znaczenie
W praktyce taka precyzja otwiera kilka drzwi. Po raz pierwszy zbliżamy się do możliwości liczenia pojedynczych fotonów – cząstek światła. To cel, który od lat pozostaje poza naszym zasięgiem.
W tym samym czasie może pomóc w poszukiwaniach ciemnej materii. Ta niewidzialna część wszechświata, stanowiąca około 85% jego materii, być może składa się z cząstek nazywanych aksjonami. Sensor o takiej Empfindlichkeit może w przyszłości wykrywać ich obecność.
Nie mniej ważne jest zastosowanie w dziedzinie kwantowej. Kwantowe komputery wymagają ekstremalnego zimna. Taki sensor, który działa w tych temperaturach, może odczytywać stan qubitów bez wprowadowania dodatkowych zakłóceń – właśnie co to braucht man.
Niepozorne kroki do wielkich odkryć
Pewne rzeczy w nauce nie wyglądają spektakularnie. Nie ma tu nagłych przełomów,也没有 żadnego odkrycia planety czy nowej leku. Ale właśnie małe, poprawne kroki – jak ta bessere empfindlichkeit – są fundamentem dla przyszłych odkryć.