Ch.A.Coulomb w świecie kwantowym

 

 

Fizyka się odradza. Wzrasta liczba laboratoriów uniwersyteckich na świecie, mnożą się badania eksperymentalne prowadzone w małych grupach i z niewielkimi nakładami finansowymi, rośnie lawinowo liczba ważnych odkryć zjawisk i praw, dzięki którym wyłania się nowy obraz przyrody.

Powoli ,lecz konsekwentnie, wyzwalamy się z fałszywej filozofii i metodologii badań , której transparentnym modelem jest LHC.

Jałowa “Big Science” manifestująca się w elephantiasis, czyli słoniowatości w zakresie:: instrumentarium, nakładów finansowych, liczebności zatrudnionych , doprowadziła do zwyrodnienia fizyki w postaci: odrzucenia postulatu powtarzalności eksperymentu [ kogo stać na budowę równoważnika LHC ??] ,badaniu obiektów stwarzanych technologią wysokich energii w miejsce obiektów naturalnie tworzących struktury przyrody, oraz likwidacji indywidualnej twórczości, na rzecz dogmatycznej uniformizacji “umysłu kolektywnego”.

“Big Science”, jako wynaturzenie nauki współczesnej, kona w konwulsjach jeszcze zasłoniętych mirażami : wielkiej “mamony”, masowej produkcji tytułów naukowych, oraz iluzją co do roli “ekstremów” w powstaniu i ewolucji wszechświata.

Doniosłe i niezwykłe odkrycia, są udziałem małych instytutów i laboratoriów badawczych ,gdzie dominuje wolność podejmowania tematyki badania, a najwyższą cenę ma autonomia indywidualnego umysłu, oraz oryginalność metodologii. Przykłady tej fazy odrodzeniowej w fizyce opisałem w ostatnim czasie np. tutaj [1,2,3].

W tym tekście kolejny przykład..

fot.1 Instytut Nauki im.Weizmanna -akcelerator [Izrael,Rechowot]/źródło: Weizmann Institute of Science

W czerwcu bieżącego roku , zespół badawczy fizyków ze słynnej izraelskiej uczelni Weizmann Institute of Science [Rechowot] , kierowany przez dr Roee Ozeriego opublikował raport z sensacyjnego badania i pomiarów oddziaływania magnetycznego dwóch elektronów [4].

Elektron z racji posiadania spinu, czyli wewnętrznego momentu pędu [krętu] posiada jednocześnie moment magnetyczny , zwany często spinowym momentem magnetycznym.Jego wartość została zmierzona w słynnym eksperymencie Sterna-Gerlacha w roku 1922.

Rys.1

Nie należy mylić spinu, ze spinowym momentem magnetycznym. Te dwie różne wielkości fizyczne, łączy stały współczynnik zwany czynnikiem giromagnetycznym.Wartość spinowego momentu magnetycznego elektronu obliczamy ze wzoru

Wzory gdzie g- czynnik giromagnetyczny, dla elektronu g =2.0023, m-masa elektronu, q –ładunek elektryczny elektronu = -e , S - spin elektronu [zobacz poz. 5]

Zwroty spinu i spinowego momentu magnetycznego elektronu są zawsze przeciwne [decyduje o tym znak ładunku q].

Rys.2 B-wektor indukcji pola magnetycznego elektronu, S – spin elektronu, m- spinowy moment magnetyczny elektronu

Jeśli elektron jest dipolem magnetycznym, czyli mikroskopowym magnesikiem, to jest otoczony polem magnetycznym o indukcji B najsłabszej , z dotychczas poznanych w przyrodzie. Dwa elektrony o spinach równoległych będą się przyciągały magnetycznie , a o spinach anty-równoległych odpychały .

fot.2 Model pól magnetycznych dwóch elektronów/źródło: Weizmann Institute of Science

Niestety, to oddziaływanie jest miliardy razy słabsze od “hałasu “ magnetycznego środowiska [pól magnetycznych Ziemi, linii energetycznych, aparatury w laboratorium].Można go wzmocnić przez zbliżenie elektronów, lecz wówczas zacznie ingerować zakaz Pauliego i dominować siła odpychania elektrostatyczna. Eliminację szumu magnetycznego zespół dokonał metodą znaną w informatyce kwantowej utworzenia w środowisku otaczającym układ pomiarowy - podprzestrzeni wolnej od dekoherencji.

fot.3 Zespół ,który zweryfikował prawo Coulomba dla spinowych momentów magnetycznych.Od lewej:Nir Navon,Nitzan Ackerman,Roee Ozeri,Shlomi Kotler oraz Yinnon Glickman /źródło;Weizmann Institute of Science.

Shlomi Kotler [ członek zespołu] podał poglądowe wyjaśnienie tego, co to znaczy “podprzestrzeń wolna od dekoherencji”. Chcemy np.zmierzyć rozmiary ziarenka grochu pływającego w oceanie, po powierzchni którego przewalają się ogromne fale. Przyrząd pomiarowy [obserwatora ] umieszczamy w tej samej pod-przestrzeni korelacji z ziarenkiem i fale będą miały ten sam wpływ, zarówno na ziarenko, jak i na przyrząd [obserwatora]. W analogii, szum magnetyczny środowiska mógł być pominięty przy pomiarze oddziaływania magnetycznego dwóch sprzężonych kwantowo elektronów dlatego, że był jednakowy dla każdego z nich. W eksperymencie wykorzystano dwa jony strontu ( Sr –88) w komorze próżniowej [o temperaturze rzędu nK] ,unieruchomione w kwadrupolowej pułapce jonowej [“Pauli trapp”] w odległości wzajemnej 2 mikrometry ,mające po jednym elektronie na ostatniej powłoce.

Rys.3 Schemat kwadrupolowej pułapki jonowej według Wofganga Pauliego.

Manipulatorami laserowymi [jednocześnie obniżającymi temperaturę w komorze] ustawiono elektrony spinami anty-równoległymi i mierzono odpychanie magnetyczne , pośrednio- mierząc kąt skręcenia ich spinów, pod wpływem oddziaływania magnetycznego,przy zmienianej odległości wzajemnej.

fot.4 Widok wnętrza ultra-próźniowej komory z montażem pułapki jonowej  w hiper-niskiej temperaturze/źródło: Weizmann Institute of Science

Czas utrzymywania tak przygotowanego, spójnego stanu układu kwantowego dwóch oddziaływujących na siebie magnetycznie elektronów wyniósł 15 sekund !

Seria pomiarów dała wynik: prawo Charlesa de Coulomba oddziaływania dwóch dipoli magnetycznych makroskopowych (zob.poz.(6) str.371-384 ) obowiązuje także w świecie cząstek elementarnych !

Oddziaływanie między kwantowymi magnesikami zmieniało się odwrotnie proporcjonalnie do wyrazu r^3 , gdzie r –odległość między elektronami. Zastanawiający fakt.

Powszechnie się przyjmuje ,że od czasu odkrycia i badania mikroświata ( świata układów kwantowych ) ,mamy dwie fizyki: fizyka klasyczna i fizyka kwantowa o radykalnie odmiennych kategoriach i przedmiocie badań. Takie stanowisko zostało utrwalone szczególnie przez wpływ “szkoły kopenhaskiej” (N.Bohr,W.Heisenberg ).Ostatnie ćwierćwiecze odkryć doświadczalnych , stawia przy nim duży znak zapytania. W świecie makroskopowym występują zjawiska dyskretne, kwantowe, a w świecie mikro działają także prawa fizyki klasycznej. Istnieją struktury pojęciowe i prawa fizyki działające w różnych warstwach rzeczywistości. Dostępna naszemu poznaniu przyroda wykazuje holizm. Może jedność kategorialna tej nauki nie jest złudzeniem i mrzonką?

 

Literatura

 

[1]    www.autodafe.salon24.pl/578883,littlest-hadron-collider

[2]  www.autodafe.salon24.pl/564824,w-poszukiwaniu-ujemnej

[3]   www.autodafe.salon24.pl/542162,wirujacy-efekt-dopplera

[4] Shlomi Kotler and all, Measurement of the magnetic interaction between two bound electrons of two separate ions, Nature 510, 376–380 ,19 June 2014, arXiv: 1312.4881

[5]D.Halliday,R.Resnick,J.Walker,Podstawyfizyki,PWN,Warszawa,2003,tom3,str.293-295,tom 5,str.70-74

[6] J.Weyssenhoff,Zasady elektromagnetyki i optyki klasycznej,ed.2,PWN,Warszawa,1997