Šķiet, ka kvantu fizika un klasiskā mehānika ir divas nesaderīgas pasaules. Viena ir par superpozīcijām un nenoteiktību, otra — par skaidriem noteikumiem. Taču Skoltech zinātnieki ir atraduši veidu, kā apvienot savus pūliņus, lai atrisinātu vienu no senākajām kodolmagnētiskās rezonanses (KMR) problēmām.
Satura rādītājs
Kas ir NMR un kāpēc tas ir nepieciešams
Katrs atoms ir miniatūra sistēma ar kodolu un elektroniem. Daudzi kodoli uzvedas kā sīki magnēti. Radiofrekvences magnētiskā lauka ietekmē tie sāk “rezonēt” — tieši šo parādību sauc par kodolmagnētisko rezonansi.
Kopš NMR atklāšanas 20. gadsimtā ir pagājuši daudzi gadu desmiti un piešķirti pieci Nobela prēmijas. Pazīstamākais pielietojums — magnētiskā rezonanse tomogrāfija (MRT). Tomēr, neskatoties uz panākumiem, NMR teorijā joprojām ir jautājumi, uz kuriem nav skaidras atbildes.
Kvantu sistēmu modelēšanas problēma
Zinātniskā sabiedrība jau sen saskaras ar grūtību: kā precīzi paredzēt kodolmagnētisko momentu reakciju cietos ķermeņos radiofrekvences impulsu ietekmē? Šī uzdevuma risināšanai ir jāņem vērā daudzu kvantu daļiņu dinamika, un šādi aprēķini nav iespējami pat visjaudīgākajiem superdatoriem.
Hibrīda pieejas ideja
Viens no veidiem, kā vienkāršot uzdevumu, ir izmantot kvantu modelēšanu tikai sistēmas “kodolam”, bet pārējo aprēķināt klasiskā veidā. Taču šeit rodas paradoks: kvantu daļiņa var atrasties vairākos stāvokļos vienlaikus, bet klasiskā daļiņa — tikai vienā. Kā šādā gadījumā mijiedarbojas kvantu un klasiskā daļiņa?
Skoltehas izrāvienis
Doktorants Grigorijs Starkovs un profesors Boriss Fains ierosināja elegantu risinājumu:
“Metodes ideja,” skaidro Starkovs, “ir kompensēt kvantu superpozīciju vidējojošā efekta ietekmi uz klasisko vidi, neizjaucot svarīgākās dinamiskās korelācijas.”
Viņu hibrīda metode tika testēta dažādās sistēmās un deva teicamus rezultātus. Tā ne tikai apstiprināja precizitāti salīdzinājumā ar tiešiem aprēķiniem, bet arī saskanēja ar eksperimentāliem datiem.
Jauni JMR horizonti
Izstrādātā metode ievērojami paplašina magnētiskās dinamikas modelēšanas iespējas cietos ķermeņos. Tas paver ceļu uz sarežģītu materiālu dziļāku izpratni un var būt noderīgi arī ārpus NMR jomas.
“Mēs uz to gājām daudzus gadus. 70 gadu laikā daudzas grupas mēģināja risināt šo uzdevumu. Mums izdevās panākt progresu,” norāda Fain. “Mēs ticam, ka mūsu metode atradīs plašu pielietojumu.”
