นักฟิสิกส์ในสหรัฐฯ ได้แสดงให้เห็นว่าปกติแล้ว boson ที่อาศัยอยู่เป็นกลุ่มสามารถประพฤติตัวเหมือน fermions โดดเดี่ยวและครอบครองสถานะควอนตัมที่แตกต่างกันเมื่อเย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำมากและใช้ลำแสงเลเซอร์ จากการขยายงานก่อนหน้านี้ พวกเขาพบว่ากระบวนการ “fermionization” นี้สามารถครอบคลุมความเร็วของอนุภาคได้เช่นเดียวกับคุณสมบัติเชิงพื้นที่ของพวกมัน
การเปลี่ยนแปลงนี้อาจพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์
ในการพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัมโบซอนคืออะตอมหรืออนุภาคอื่นๆ ที่มีจำนวนสปินเป็นจำนวนเต็ม อนุภาคดังกล่าวจำนวนมากสามารถครอบครองสถานะควอนตัมเดียว ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่นำไปสู่ปรากฏการณ์การควบแน่นของโบส-ไอน์สไตน์ ค้นพบโดยการทดลองในปี 1995 สถานะของสสารที่ไม่ปกตินี้เกิดขึ้นเมื่อก๊าซของอะตอมถูกทำให้เย็นลงเหลือเพียงเศษเสี้ยวขององศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์ และส่งผลให้อะตอมทั้งหมดอยู่ในสถานะพื้นดินควอนตัมเดียวกัน
ในทางตรงกันข้าม fermions มีสปินครึ่งจำนวนเต็มและปฏิบัติตามหลักการกีดกันของ Pauli ซึ่งหมายความว่าไม่มีเฟอร์มิออนสองตัวใดสามารถครอบครองสถานะควอนตัมเดียวกันได้ในคราวเดียว คุณสมบัติของเฟอร์มิออนนี้เป็นสิ่งที่ชี้นำพฤติกรรมของอิเล็กตรอนอะตอม ทำให้เรามีตารางธาตุ โมเลกุล และสสารที่เป็นของแข็ง อย่างไรก็ตาม ด้วยการปรับปฏิสัมพันธ์ระหว่างเฟอร์มิออน พวกมันสามารถทำให้จับคู่และทำตัวเหมือนโบซอนได้ ซึ่งเป็นกรณีของอิเล็กตรอนคู่คูเปอร์ที่ก่อตัวเป็นคอนเดนเสทที่ก่อให้เกิดปรากฏการณ์ของการนำยิ่งยวด
fermionic เชิงพื้นที่ในงานล่าสุดDavid Weiss , Marcos Rigolและเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐเพนซิลวาเนียได้แสดงให้เห็นว่าโบซอนสามารถทำหน้าที่เหมือนเฟอร์มิออนได้อย่างไร พวกเขาทำได้โดยการทำให้ก๊าซของอะตอมโบโซนิกเย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำมาก และใช้ลำแสงเลเซอร์เพื่อจำกัดอะตอมภายในอาร์เรย์ของหลุมที่มีศักยภาพ 1 มิติ
ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงระหว่างโบซอนจะบังคับให้อนุภาค
แยกตัวออกจากกันตามแกน 1D แม้ว่าแต่ละฟังก์ชันของคลื่นปรมาณูจะกระจายออกไปในอวกาศ แต่พลังงานจำนวนมากที่จำเป็นในการทับซ้อนฟังก์ชันของคลื่นหมายความว่าอนุภาคสองอนุภาคไม่ได้ครอบครองพื้นที่เดียวกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง พวกมันมีพฤติกรรม – อย่างน้อยในเชิงพื้นที่ – เหมือนเฟอร์มิออน
กระบวนการหมักนี้แสดงให้เห็นครั้งแรกในปี 2547 โดยไวส์และเพื่อนร่วมงานที่ Penn State และ (ในรูปแบบที่แตกต่างกันเล็กน้อย) โดยทีมงานอิสระที่ Max Planck Institute for Quantum Optics ในเมือง Garching ประเทศเยอรมนี เช่นเดียวกับการวิจัยล่าสุด กลุ่มของ Weiss ใช้ก๊าซที่มีรูบิเดียม-87 ประมาณ 100,000 อะตอม ซึ่งถูกทำให้เย็นลงเหลือเพียงไม่กี่ล้านเคลวิน แต่ในงานก่อนหน้านั้น นักวิจัยได้รักษาแก๊สให้อยู่ในสภาวะสมดุล นี่หมายความว่าแม้ว่าอะตอมจะทำหน้าที่เหมือนเฟอร์มิออนในแง่ของการวางตำแหน่งเชิงพื้นที่ แต่ก็มีการกระจายความเร็วซึ่งเป็นเรื่องปกติของโบซอน
ในปี 2548 Rigol (ขณะนั้นเป็นนักศึกษาระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยสตุตการ์ต) ได้ค้นพบว่าโบซอนที่เย็นจัดควรมีพฤติกรรมแตกต่างออกไปเมื่ออยู่ในสภาวะที่มีพลวัต เขาคาดการณ์ว่าอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์รุนแรงควรก่อตัวสิ่งที่เรียกว่าทะเล Fermi เมื่อได้รับอนุญาตให้แยกออกจากกัน แทนที่จะมีการแพร่กระจายของความเร็วที่จำกัดมาก (คล้ายกับโบซอน) อนุภาคแต่ละตัวควรมีความเร็วต่างกัน (คล้ายกับเฟอร์มิออน)
บินห่างกันนี่คือสิ่งที่กลุ่มได้พบในขณะนี้
นักวิจัยพบว่าจุดสูงสุดที่แหลมในตอนแรกในการกระจายความเร็วของอนุภาคจะค่อยๆ เรียบออกเป็นการกระจายแบบกลม พวกเขายังพบว่าโดยการเปลี่ยนความลึกของกับดักตามแนวแกนอย่างกะทันหัน การกระจายความเร็วของอนุภาคจะแกว่งไปมาระหว่างรูปแบบ bosonic และ fermionic – อีกครั้งตามที่คาดการณ์โดยทฤษฎีอสูรของ Maxwell นำระเบียบมาสู่โครงตาข่ายปรมาณู
จากข้อมูลของ Weiss การสังเกต “การหมักแบบไดนามิก” ในก๊าซ 1 มิติน่าจะช่วยให้กระจ่างเกี่ยวกับระบบควอนตัมที่ไม่สมดุลในวงกว้างมากขึ้น สิ่งเหล่านี้อาจรวมถึงกระบวนการที่รวดเร็วในของแข็งหรือในโมเลกุลในสารละลาย “เราหวังว่าจะระบุหลักการสากลในระบบควอนตัมแบบไดนามิก” เขากล่าว
ไวส์เสริมว่าความเข้าใจนี้อาจมีประโยชน์ทางเทคโนโลยีเช่นกัน ในขณะที่เขาชี้ให้เห็น คอมพิวเตอร์ควอนตัมมักจะไม่อยู่ในสมดุลเพื่อที่จะพัฒนาฟังก์ชันคลื่นของระบบในลักษณะที่จะหาทางแก้ไขปัญหา และในทางปฏิบัติ เขาเสริมว่า เครื่องจำลองควอนตัมโดยพื้นฐานแล้วไม่แตกต่างกันมากนัก “พวกเขามักปรารถนาที่จะสังเกตฟิสิกส์สมดุล แต่ก็ไม่ชัดเจนเสมอไปว่าการเปลี่ยนแปลงที่จำเป็นในการตั้งค่าจะไม่ทำให้พวกเขาออกจากสมดุล” เขากล่าว
การบำบัดด้วยโปรตอนแบบปรับความเข้ม (IMPT) ที่ส่งผ่านการสแกนด้วยลำแสงดินสอโปรตอน (PBS) เป็นหนึ่งในวิธีการที่แม่นยำที่สุดในการกำหนดเป้าหมายเนื้องอกที่มีปริมาณรังสีสูงในขณะที่ลดผลกระทบต่อเนื้อเยื่อที่มีสุขภาพดีโดยรอบ อย่างไรก็ตาม ผลกระทบที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ของการเคลื่อนไหวของเนื้องอกที่เกี่ยวข้องกับระบบทางเดินหายใจและการเคลื่อนที่ของลำแสงโปรตอน อาจส่งผลเสียต่อการกระจายปริมาณรังสี
งานวิจัยจำนวนมากได้รับการตีพิมพ์เกี่ยวกับผลกระทบจากการมีปฏิสัมพันธ์ การศึกษาแบบอิงการวัดของรูปแบบการหายใจแบบสมมาตรและไม่สมมาตรจากวิทยาลัยแพทยศาสตร์มหาวิทยาลัยซินซินนาติได้ยืนยันอีกครั้งว่าการแยกส่วนแบบมาตรฐานสามารถใช้ในการรักษาเป้าหมายที่เคลื่อนที่ด้วยแอมพลิจูดของการเคลื่อนไหวที่สมมาตรน้อยกว่า 5 มม. และการใช้ระบบการแยกส่วนที่สูงขึ้นจะช่วย ลดขนาดยาเป้าหมายที่เกิดจากผลกระทบระหว่างกัน แต่การศึกษายังพบว่ากรณีนี้ไม่เกิดขึ้นกับเป้าหมายเนื้องอกขนาดเล็กที่ได้รับผลกระทบจากการเคลื่อนไหวขนาดใหญ่และรูปแบบการหายใจที่ผิดปกติ ( J. Appl. Clin. Med. Phys. 10.1002/acm2.12846 )
Credit : watcheslaw.net watjes.net watsonjewelry.net wickersleypartnershiptrust.org
