นักวิจัยในสหรัฐฯ และแคนาดาตรวจพบผลกระทบที่เรียกว่าเสียงควอนตัม Barkhausen เป็นครั้งแรก ผลกระทบที่เกิดขึ้นจากการอุโมงค์ควอนตัมแบบร่วมมือของการหมุนแม่เหล็กจำนวนมาก อาจเป็นปรากฏการณ์ควอนตัมขนาดมหภาคที่ใหญ่ที่สุดที่เคยพบเห็นในห้องปฏิบัติการ

เมื่อมีสนามแม่เหล็ก การหมุนของอิเล็กตรอน (หรือโมเมนต์แม่เหล็ก) ในวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกจะเรียงกันในทิศทางเดียวกัน แต่ไม่ใช่ทั้งหมดในคราวเดียว ในทางกลับกัน การจัดตำแหน่งจะเกิดขึ้นทีละน้อย โดยมีภูมิภาคหรือโดเมนต่างกัน โดยเรียงกันตามเวลาที่ต่างกัน โดเมนเหล่านี้มีอิทธิพลซึ่งกันและกันในลักษณะที่สามารถเปรียบได้กับหิมะถล่ม เช่นเดียวกับก้อนหิมะก้อนหนึ่งที่ดันก้อนใกล้เคียงจนกระทั่งมวลทั้งหมดตกลงมา การวางแนวก็แผ่กระจายไปทั่วโดเมนเช่นกัน จนกระทั่งการหมุนทั้งหมดชี้ไปในทิศทางเดียวกัน

วิธีหนึ่งในการตรวจจับกระบวนการจัดตำแหน่งนี้คือการฟัง ในปี 1919 นักฟิสิกส์ Heinrich Barkhausen ได้ทำอย่างนั้น ด้วยการพันขดลวดรอบวัสดุแม่เหล็กและติดลำโพงเข้ากับมัน Barkhausen ได้เปลี่ยนการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กของโดเมนให้กลายเป็นเสียงแตกที่ได้ยินได้ ปัจจุบันรู้จักกันในชื่อเสียง Barkhausen เสียงแตกนี้สามารถเข้าใจได้ในแง่คลาสสิกล้วนๆ ว่ามีสาเหตุมาจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของผนังโดเมน ปรากฏการณ์และไดนามิกของเสียงที่คล้ายคลึงกันยังมีอยู่ในระบบอื่นด้วย เช่น แผ่นดินไหวและท่อโฟโตมัลติพลายเออร์ และหิมะถล่ม

เสียงควอนตัมบาร์คเฮาเซน

โดยหลักการแล้ว ผลกระทบทางกลของควอนตัมสามารถทำให้เกิดเสียง Barkhausen ได้เช่นกัน ในเวอร์ชันควอนตัมของเสียง Barkhausen นี้ การหมุนกลับเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคอุโมงค์ผ่านกำแพงพลังงาน ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าอุโมงค์ควอนตัม แทนที่จะได้รับพลังงานมากพอที่จะกระโดดข้ามมัน

ในผลงานชิ้นใหม่ซึ่งมีรายละเอียดอยู่ใน PNAS,นักวิจัยนำโดย โธมัส โรเซนบัม ของ สถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย (Caltech) และ ฟิลิป สแตมป์ ที่ มหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบีย (UBC) สังเกตเสียงควอนตัมของ Barkhausen ในแม่เหล็กควอนตัมแบบผลึกซึ่งเย็นลงจนถึงอุณหภูมิใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ (- 273 °C) เช่นเดียวกับ Barkhausen ในปี 1919 การตรวจจับอาศัยการพันขดลวดรอบตัวอย่าง แต่แทนที่จะต่อคอยล์เข้ากับลำโพง พวกเขาวัดการกระโดดของแรงดันไฟฟ้าในขณะที่อิเล็กตรอนหมุนกลับทิศทาง เมื่อกลุ่มของการหมุนในโดเมนที่แตกต่างกันพลิกกลับ เสียงของ Barkhausen จะปรากฏขึ้นเป็นชุดของแรงดันไฟฟ้าพุ่งสูงขึ้น

นักวิจัยของ Caltech/UBC ระบุว่าการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเหล่านี้เป็นผลจากควอนตัม เนื่องจากไม่ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 600% “ถ้าเป็นเช่นนั้น เราก็คงจะอยู่ในระบอบการปกครองแบบคลาสสิกที่กระตุ้นด้วยความร้อน” แสตมป์กล่าว

Rosenbaum เสริมว่าการใช้สนามแม่เหล็กขวางกับแกนของสปินนั้นมี "ผลกระทบอย่างมาก" ต่อการตอบสนอง โดยสนามจะทำหน้าที่เหมือน "ปุ่ม" ควอนตัมสำหรับวัสดุ เขากล่าวว่านี่เป็นหลักฐานเพิ่มเติมเกี่ยวกับลักษณะควอนตัมใหม่ของเสียง Barkhausen “เสียง Barkhausen แบบคลาสสิกในระบบแม่เหล็กเป็นที่รู้จักกันมานานกว่า 100 ปีแล้ว แต่เสียงควอนตัม Barkhausen ที่ผนังโดเมนเป็นอุโมงค์ผ่านสิ่งกีดขวางแทนที่จะถูกเปิดใช้งานด้วยความร้อนเหนือสิ่งเหล่านั้น ไม่เคยมีใครเห็นมาก่อนตามความรู้ที่ดีที่สุดของเรา” เขา พูดว่า

เอฟเฟกต์อุโมงค์ร่วม

นักวิจัยสังเกตเห็นว่าการหมุนกลับถูกขับเคลื่อนโดยกลุ่มอิเล็กตรอนในอุโมงค์ที่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันอย่างน่าประหลาดใจ พวกเขากล่าวว่ากลไกของอุโมงค์ร่วมที่ "น่าทึ่ง" นี้เกี่ยวข้องกับส่วนของกำแพงโดเมนที่เรียกว่าแผ่นโลหะซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันผ่านกองกำลังไดโพลาร์ระยะไกล ปฏิสัมพันธ์เหล่านี้สร้างความสัมพันธ์ระหว่างส่วนต่างๆ ของกำแพงเดียวกัน และยังทำให้เกิดหิมะถล่มบนผนังโดเมนต่างๆ พร้อมกัน ผลลัพธ์ที่ได้คืองานอุโมงค์ความร่วมมือมวลชนที่แสตมป์และโรเซนบัมเปรียบเสมือนกลุ่มคนที่ประพฤติตัวเป็นหน่วยเดียว

“ในขณะที่กองกำลังไดโพลาร์ได้รับการสังเกตว่าส่งผลต่อไดนามิกของการเคลื่อนที่ของกำแพงเดี่ยวและขับเคลื่อนวิกฤตที่จัดตนเองใน LiHo_xY_{พ.ศ. 1-x}F₄การโต้ตอบระยะไกลทำให้เกิดความสัมพันธ์ไม่เพียงแต่ระหว่างส่วนต่างๆ ของกำแพงเดียวกันเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดหิมะถล่มนิวเคลียสบนผนังโดเมนต่างๆ พร้อมกันด้วย” Rosenbaum กล่าว

เทคนิคเสียงแคร็กจะฟังคลื่นนาโนในวัสดุ

ผลลัพธ์สามารถอธิบายได้ว่าเป็นควอนตัมมหภาคแบบร่วมมือเท่านั้น (ปรากฏการณ์การขุดอุโมงค์ Stamp กล่าว "นี่เป็นตัวอย่างแรกที่เคยเห็นในธรรมชาติของปรากฏการณ์ควอนตัมแบบร่วมมือขนาดใหญ่มาก ในระดับ 10¹⁵ หมุน (นั่นคือพันล้านพันล้าน)” เขากล่าว โลกฟิสิกส์- “นี่เป็นปรากฏการณ์ควอนตัมมหภาคที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมาในห้องปฏิบัติการ”

ทักษะการตรวจจับขั้นสูง

แม้ว่าจะมีการหมุนเป็นพันล้านครั้งในคราวเดียว นักวิจัยกล่าวว่าสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่พวกเขาสังเกตเห็นนั้นมีขนาดเล็กมาก จริงๆ แล้วพวกเขาต้องใช้เวลาระยะหนึ่งในการพัฒนาความสามารถในการตรวจจับที่จำเป็นในการสะสมข้อมูลที่มีนัยสำคัญทางสถิติ ในด้านทฤษฎี พวกเขาต้องพัฒนาแนวทางใหม่ในการตรวจสอบหิมะถล่มจากสนามแม่เหล็กที่ไม่เคยมีการกำหนดไว้ก่อนหน้านี้

ตอนนี้พวกเขาหวังว่าจะใช้เทคนิคของพวกเขากับระบบอื่นที่ไม่ใช่วัสดุแม่เหล็กเพื่อค้นหาว่าปรากฏการณ์ควอนตัมมหภาคที่ร่วมมือกันเช่นนี้มีอยู่ที่อื่นหรือไม่

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/quantum-barkhausen-noise-detected-for-the-first-time/