Дрожащий диск заморозили до квантовой неподвижности ⚡ экспресс
Впервые экспериментально продемонстрирован оптомеханический дисковый резонатор в квантовом основном состоянии. Механическая мода дыхания полупроводникового диска на гигагерцовой частоте охлаждена в рефрижераторе растворения до уровня возбуждения ниже одного фонона. Заселённость моды определена методом бриллюэновской спектроскопии боковых полос: коническое оптоволокно эванесцентно связано с оптической модой шепчущей галереи диска, а стоксовы и антистоксовы фотоны, рассеянные при испускании и поглощении фононов, регистрировались однофотонным детектором. Измерено подавление процесса поглощения, соответствующее заселённости 0,66±0,20 фонона. Исследованы механизмы лазерного нагрева, ограничивающие минимально достижимую заселённость; в частности, обнаружен нагрев вне резонатора.
Охлаждённый почти до абсолютного нуля с помощью жидкого гелия, полупроводниковый диск достиг такого низкого уровня энтропии, что его тепловое дрожание стало меньше одного фонона — кванта звука. Обычная гитарная струна после щипка рождает миллиарды фононов; здесь же — менее одного, словно струна, застывшая в квантовой неопределённости: и движется, и нет.
Чтобы измерить это микроскопическое движение, исследователи поднесли к диску тонкую оптическую нить. Свет, касаясь диска, рассеивался и выдавал фононы. Этот метод — спектроскопия боковых полос Бриллюэна — показал, что на диск приходится в среднем 0,66 фонона. Сам измерительный свет, однако, слегка нагревал диск, мешая полному охлаждению — словно смычок, который вместо того чтобы успокоить струну, добавляет ей дрожь.
Такой контроль над крупным объектом стирает границу между нашим миром и квантовым. Квантово-охлаждённые системы станут сердцем датчиков, слышащих гравитационные волны или отдельные молекулы.
🎯 Охлаждение диска использует смесь жидких гелия-3 и гелия-4: при разделении смеси отбирается тепло — примерно как испаряющийся пот охлаждает кожу, но гораздо эффективнее.