Ο ζογκλέρ των φωτονίων

Ο Σερζ Αρός βραβεύτηκε με το Νομπέλ, το ανώτατο βραβείο Φυσικής που υπάρχει στον κόσμο, διότι απέδειξε πως μπορεί να παρακολουθεί τα φωτόνια τόσο καλά όσο ένας παρατηρητής πουλιών.

Ο Σερζ Αρός βραβεύτηκε με το Νομπέλ, το ανώτατο βραβείο Φυσικής που υπάρχει στον κόσμο, διότι απέδειξε πως μπορεί να παρακολουθεί τα φωτόνια τόσο καλά όσο ένας παρατηρητής πουλιών. Και όχι μόνο να τα παρακολουθεί, αλλά και να τα μετράει ένα-ένα, να αποτυπώνει τα σημάδια της παρουσίας τους, να μαθαίνει τις συνήθειές τους ώστε τελικά να μπορεί πλέον και να μας λέει: κοιτάξτε, να τώρα βγήκε άλλο ένα από το «δάσος», όπου δάσος εδώ είναι ένας μικρόκοσμος δραστήριος και κοχλάζων ακόμη και σε θερμoκρασίες -273 βαθμούς Κελσίου, περιορισμένος σε διαστάσεις μικρότερες από ένα εκατομμυριοστό του μέτρου και βασισμένος σε συμπεριφορές που ξεφεύγουν εντελώς από τη λογική της δικής μας ζωής.
Αν διαβάσεις τα σχετικά με τη σταδιοδρομία του έρχεται στο μυαλό σου η πολύχρονη επιμονή και υπομονή του πλοιάρχου Αχαμπ στο «Μόμπυ Ντικ» αλλά η όλη παρουσία του, καθώς εξηγεί τα σχετικά με το κυνήγι των φωτονίων, σε καθησυχάζει πως δεν υπάρχει κάποιο… δολοφονικό κίνητρο από πίσω αλλά ένα πάθος «για να κάνουμε το πείραμα». Και μάλλον άφοβα θα διάλεγες τον 70χρονο σήμερα καθηγητή Αρός για οδηγό, ας πούμε, σε μια χώρα τόσο παράξενη όπως αυτή του μαθηματικού Λιούις Κάρολ, που βρέθηκε κάποτε εκεί και η μικρή Αλίκη. Προς το παρόν βέβαια εκείνος προτιμάει να ξεναγεί στα παράξενα και παράδοξα του υπαρκτού κβαντικού κόσμου.
Και είναι καιρός ο καθημερινός άνθρωπος να αρχίσει να εξοικειώνεται με κάποια από αυτά. Οχι μόνον γιατί ανοίγει το μυαλό και γίνεται πιο δεκτικό σε καινούργιες ιδέες αλλά ήδη λέξεις όπως «κβαντικός», «κβάντα» αρχίζουν να χρησιμοποιούνται σκόπιμα από επιτήδειους για να δελεάζουν και να προσελκύουν σε αμφίβολης αξίας προϊόντα, θεραπείες και υπηρεσίες.
Οι πράκτορες του φωτός


Τα φωτόνια είναι τα μικροσκοπικά πακέτα ενέργειας που μερικές φορές μας βολεύει να τα περιγράφουμε σαν κύματα και άλλες σαν σωματίδια που κουβαλούν την ενέργεια από μια «φωτεινή» πηγή. Και χρησιμοποιούμε εδώ εισαγωγικά διότι μπορεί η πηγή αυτή να μην είναι απαραίτητα μια λάμπα που καίει και τη βλέπουμε να φωτίζει αλλά να είναι ακόμη μια πηγή μικροκυμάτων ή και ένα οποιοδήποτε σώμα, που εξαιτίας της θερμοκρασίας του προωθεί προς όλες τις κατευθύνσεις τους μικροσκοπικούς αυτούς και γεμάτους ενέργεια απεσταλμένους του.
Η ομάδα του Σερζ Αρός έβαλε ως σκοπό της να κάνει κάτι που ο Αϊνστάιν, ο Σρέντιγκερ και ο Μπορ, τρεις από τους μεγαλύτερους φυσικούς όλων των εποχών, είχαν πει ότι είναι αδύνατον να γίνει. Να καταφέρουν να κάνουν ένα μόνο φωτόνιο να δηλώνει την παρουσία του σε κάποιον χώρο χωρίς αυτό να σημαίνει την ίδια στιγμή και τον θάνατό του. Διότι όταν λέγαμε ότι βλέπουμε ή ότι παρατηρούσαμε φωτόνια, εκτός του ότι αυτά συνέρρεαν κατά δισεκατομμύρια, μόλις μας έδιναν το σήμα της παρουσίας τους εξαφανίζονταν διοχετεύοντας την ενέργειά τους συνήθως σε έναν ηλεκτρικό παλμό. Ομως η γαλλική ομάδα μπορεί να χρειάστηκε είκοσι χρόνια για αυτό, αλλά έκανε εξαιρετική δουλειά.
Το πείραμα


Κατασκεύασαν ένα μεταλλικό κουτί, με δυο παράλληλα φύλλα χαλκού σε ανάμειξη με νιόβιο, και με τη βοήθεια της νανοτεχνολογίας αυτό έγινε τελικά ο πιο λείος καθρέφτης που υπάρχει στη Γη, το διατηρούσαν σε θερμοκρασίες -272 βαθμών Κελσίου και μπορούσαν να εγκλωβίζουν εκεί μέσα φωτόνια που «ανέβλυζαν» αυθόρμητα από τις μεταλλικές πλάκες για 130 ms, δηλαδή περίπου 1 δέκατο του δευτερολέπτου (διανύοντας σε αυτό τον χρόνο με την ταχύτητα του φωτός μια απόσταση ίση με την περιφέρεια της Γης στον Ισημερινό). Ουσιαστικά έναν αιώνα για τα φευγαλέα αυτά σωματίδια του μικρόκοσμου. Εστελναν στη συνέχεια μια δέσμη από άτομα ρουβιδίου σε μορφή ατόμων Rydberg να μπαίνουν από τη μια πλευρά ένα-ένα με τη σειρά τους στο κουτί. Στα αποκαλούμενα «άτομα Rydberg» με κατάλληλο χειρισμό των ακτίνων λέιζερ μπορείς να απομακρύνεις τα ηλεκτρόνιά τους σε απόσταση χίλιες φορές μεγαλύτερη από την κανονική ως προς τον πυρήνα αλλά χωρίς να αποχωρίζονται αυτά από το άτομο. Και έπειτα από αυτό, που λέει ο λόγος δηλαδή, περίμεναν.
Το άτομο με το ηλεκτρόνιο ήταν το… παχύ ποντίκι και το φωτόνιο η γάτα. Αν είχε «αναβλύσει» κάποιο από τις πλάκες και υπήρχε ανάμεσά τους, καθώς παλλόταν, με μια λεπτή, χειρουργική θα λέγαμε, μικροκίνηση στις πλάκες (για να μην απορροφηθεί η ενέργεια του φωτονίου από το ηλεκτρόνιο), σαν γάτα θα έπεφτε επάνω στο άτομο ρουβιδίου με την… ξεχειλωμένη μορφή Rydberg αλλά δεν θα είχε πλέον ακριβώς την ενέργεια που χρειάζεται για να σπρώξει ένα ηλεκτρόνιο σε άλλη τροχιά και το ίδιο να εξαφανιστεί. Επομένως το μόνο που θα μπορούσε να κάνει ήταν να άλλαζε πολύ λίγο, χωρίς το ίδιο να καταστραφεί, ένα άλλο χαρακτηριστικό του ηλεκτρονίου, τη συχνότητα περιστροφής του.

Η κατάσταση του ατόμου ρουβιδίου, που είναι λίγο αλλαγμένο στην έξοδο, σαν να έφαγε μια ελαφριά γροθιά, ανιχνεύεται με μικροκύματα στην έξοδο. Αν δεν υπήρχε φωτόνιο δεν θα υπήρχε και μεταβολή. Ετσι μπόρεσαν να φθάσουν στο σημείο να ξέρουν πόσα φωτόνια υπήρχαν στο κουτί χωρίς να το ανοίξουν αλλά και χωρίς να τα καταστρέψουν. Ασχετα αν έπειτα από ένα δέκατο του δευτερολέπτου βέβαια ένα φωτόνιο υποκύπτει στη μοίρα του και γίνεται ηλεκτρικός παλμός.

Σε τι χρησιμεύει;


Η ερώτηση που ο Σερζ Αρός μάλλον μισεί να του κάνουν είναι «σε τι χρησιμεύουν όλα αυτά». Αυτός και η ομάδα του, κάπου 100 άτομα συνολικά, μέσα σε δυο δεκαετίες περίπου κυνηγούσαν όπως ο πλοίαρχος Αχαμπ το ένα και μοναδικό φωτόνιο και το πώς θα το κάνουν να βγει στο ξέφωτο και να δείξει πώς συμπεριφέρεται. Ασχετα όμως από τις εφαρμογές που αυτό θα έχει. Αλλωστε, μιλώντας στο ΒΗΜΑ Science, αρνείται να προβλέψει σε πόσα χρόνια θα είναι έτοιμος ένας κβαντικός υπολογιστής. Επίσης αναφέρει ότι σίγουρα τον κβαντικό κόσμο δεν τον απασχολούν συναισθηματικά θέματα και είναι οι άνθρωποι που θέτουν, στον μακρόκοσμο πια, κάτι που λέγεται κανόνες ηθικής.
Στην ερώτηση για το πώς μέσα σε όλα όσα έχει να κάνει προλαβαίνει να πεταχτεί και στην Ελλάδα για να μιλήσει για τον κβαντικό κόσμο απαντά χωρίς δυσκολία ότι το θεωρεί πολύ φυσικό αφού έχει αυτή τη συνεργασία με το College de France. Και το College de France στη Γαλλία είναι ένας θεσμός που αντιμετωπίζεται με πολύ μεγάλο σεβασμό. Ιδρύθηκε το 1530(!), διαθέτει την καλύτερη επιστημονική βιβλιοθήκη της Ευρώπης και συγκεντρώνει στους κόλπους του σήμερα επίλεκτους καθηγητές από τομείς όπως είναι η Αρχαιολογία ως τη Φυσική και τη Χημεία. Βοηθάει ερευνητικές ομάδες αλλά και προωθεί τη διάδοση της γνώσης και μέσα από ομιλίες που κάνουν τα μέλη του ενώ υπάρχει ήδη και βιβλιοθήκη προσιτή στον καθένα με πολλές από τις ομιλίες αυτές σε ηλεκτρονική μορφή. Η ομιλία του Σερζ Αρός πραγματοποιείται σε συνεργασία με το College de France και το Γαλλικό Ινστιτούτο Ελλάδος στο πλαίσιο του προγράμματος Ελλάς Γαλλία Συμμαχία 2014. Είναι πάντως από αυτές τις ομιλίες που λένε: «Μην τη χάσεις».
Πάμε στοίχημα;

Ας προσπαθήσουμε να μαντέψουμε ποιες λέξεις θα έχουν την τιμητική τους στη διάλεξη του Σερζ Αρός:

Δυϊσµός ύλης και κύµατος:
Κάποιες φορές ένα φωτόνιο βολεύει να το υπολογίζουμε σαν κύμα και άλλες σαν σωματίδιο υλικό. Στην ουσία όμως δεν είναι τίποτα από τα δύο.

Γάτα Σρέντιγκερ:
Ενα νοητικό πείραμα για να δειχθεί ο παραλογισμός της Κβαντικής Μηχανικής που όμως έδωσε πολλή τροφή για σκέψη. Για το πείραμά του ο Αρός λέει ότι δημιούργησε μια τέτοια γάτα στον μικρόκοσμο.

Κυµατική εξίσωση:
Είναι ό,τι το ΑΦΜ και ο τραπεζικός λογαριασμός μαζί για ένα σωματίδιο. Τα περιέχει όλα αλλά δύσκολα να τη χρησιμοποιήσεις άμεσα λύνοντάς την.

Υπέρθεση καταστάσεων:
Στον κβαντικό κόσμο κάτι μπορεί να είναι ταυτόχρονα και το αντίθετό του και οτιδήποτε ενδιάμεσα. Μια πόρτα που εμείς λέμε θα είναι ή ανοικτή ή κλειστή οι κάτοικοι του μικροκόσμου λένε ότι μπορεί να είναι και τα δύο ταυτόχρονα.

Κβαντικός υπολογιστής:
Με βάση το παραπάνω ελπίζουν να φτιάξουν έναν υπολογιστή που αντί με κάθε μπιτ να έχουμε μόνο μια τιμή, 0 ή 1, να έχουμε και τις δύο για να υπολογίζουμε. Αρα διπλάσιο από κάθε μπιτ, άρα για έναν 64-μπιτο υπολογιστή η ταχύτητα ανεβαίνει στα ύψη.

Σύµπλεξη:
Δύο ή περισσότερα κβαντικά σωματίδια βρίσκονται σε συσχέτιση μεταξύ τους έστω και αν η απόσταση που τα χωρίζει είναι τεράστια.

Κβάντο:
Η μικρότερη δυνατή μονάδα ενός φυσικού μεγέθους. Π.χ. το κβάντο του ευρώ είναι το σεντ.

Qubit:
Κβαντικό σύστημα που μπορεί να πάρει δύο «κάθετες» μεταξύ τους καταστάσεις, π.χ. το σπιν (1/2, -1/2)

Αρχή της υπέρθεσης:
Κάθε τυχών συνδυασμός δυο δυνατών καταστάσεων με κβαντική συμπεριφορά μπορούμε να περιμένουμε ότι θα δώσει μια νέα κατάσταση που θα είναι και αυτή παρούσα στον χώρο με τις άλλες δύο.

ΕΝΤΥΠΗ ΕΚΔΟΣΗ

Ακολουθήστε στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις
Δείτε όλες τις τελευταίες Ειδήσεις από την Ελλάδα και τον Κόσμο, από
Science
ΒΗΜΑτοδότης
Σίβυλλα
Helios Kiosk