Karštos pažintysŠaltiniai: balsas.lt , technologijos.lt , delfi.lt
Fizikų komanda eksperimento metu sukuria kvantines superpozicijas, pasitelkdami paprasčiausią veidrodį.
Stovėdami prieš veidrodį aiškiai matome savo atvaizdą. Veidrodis visiškai neveikia mūsų judesių. Tačiau kvantinėms dalelėms viskas yra daug sudėtingiau. Įspūdingame eksperimente , kuris vyko Heidelbergo universiteto laboratorijoje,
dalyvavo mokslininkai iš pastarojo universiteto bei kolegos iš TU Munich ir TU Vienna. Jie bandė išplėtoti Einšteino minties eksperimentą ir ištrynė ribą tarp dalelės ir jos atvaizdo veidrodyje. Tyrimo rezultatai paskelbti „Gamtos Fizikos“ (ang. Nature Physics) žurnale.
Skleidžiama šviesa, atšokantis atomas
Kai atomas skleidžia šviesą (fotoną) tam tikra kryptimi, jis atšoka į priešingą pusę. Jei fotonas išmatuojamas, atomo judėjimą nuspėti nesunku. Mokslininkai atomus padėjo labai arti veidrodžio. Šiuo atveju kiekvienam fotonui yra tik 2 keliai pasiekti stebėtoją: jis gali būti iššautas tiesiai stebėtojo kryptimi, arba gali keliauti priešinga kryptimi ir būti atspindėtas veidrodžio. Jei neįmanoma įžvelgti skirtumo tarp šių dviejų scenarijų , atomo judėjimas nėra nustatomas, o tai reiškia, kad atomas juda į superpoziciją – abi puses.
„Jei atstumas tarp veidrodžio ir atomo yra labai mažas, nustatyti kuria kryptimi jis juda yra fiziškai neįmanoma“, aiškina Heidelbergo doktorantūros studentas Jiri Tomokovič. Dalelės ir jos atvaizdo veidrodyje daugiau nebegalima aiškiai atskirti. Atomas link ir nuo veidrodžio juda tuo pačiu metu. Tai skamba lyg paradoksas ir toks makroskopinių dalelių judėjimas tikrai neįmanoma klasikinėje fizikoje, tačiau kvantinėje fizikoje tai labai gerai žinomas fenomenas. „Šis atomo būsenos neapibrėžtumas nereiškia, kad matavimams trūksta tikslumo“, pabrėžia TU Vienna atstovas Jorg Schmiedmayer. „Tai yra esminė kvantinės fizikos savybė: Dalelė yra abejose jai įmanomose būsenose tuo pačiu metu, tai vadinama superpozicija“. Eksperimento metu dvi atomo judesio būsenos – vienoje iš jų atomas juda link veidrodžio, kitoje tolyn nuo jo – yra sujungiamos pasitelkus Brago difrakciją iš lazerio šviesos sukurtų „grotelių“. Stebint šią interferenciją aiškiai matyti, kad atomas iš tikrųjų juda abiem kryptimis vienu metu.
Skirtinguose keliuose vienu metu
Tai primena garsųjį dvigubo plyšio eksperimentą, kuriame dalelės pasiekia plokštelę su dviem skylėmis ir perskrenda per abu plyšius vienu metu dėl to, kad turi bangoms būdingą kvantinės mechanikos savybę. Einšteinas jau aptarė šį procesą ir jo teigimu tai yra įmanoma tik tada, kai negalima nustatyti, kurį kelia pasirinko dalelė ir net pasitelkiant ne pačius tiksliausius skaičiavimus pastebėjus bet kokį menkiausią dalelės atšokimo požymį. Net esant teorinei galimybei nustatyti dalelės kelią, kvantinė superpoziciją sugebą ją sulaužyti. „Mūsų atveju fotonai atlieka panašų vaidmenį į pastebėtą dviejų plyšiu eksperimente“, aiškina Heidelbergo universiteto atstovas Markus‘as Obethaleris. „Jei šviesa, iš principo, gali padėti nusakyti atomo judėjimą, tai judėjimas vienareikšmiškai nustatomas. Tik tada, kai iš esmės neįmanoma nustatyti būsenos, atomas gali būti superpozicijoje, sujungiant abi galimybes“. Šis esminis neišsprendžiamumas yra garantuojamas veidrodžio, kuris veikia fotono inerciją.
Kvantinės savybės naudojant veidrodį
Kvantinei superpozicijai atsirasti reikalingų sąlygų tyrimai tapo vienu iš svarbiausių kvantinės fizikos uždavinių. Jorg‘as Schmiedmayer‘is ir Markus‘as Obertaler‘is apie šį eksperimentą galvojo jau prieš kelis metus. „Šis eksperimentas įspūdingas tuo“ sako mokslininkai, „kad kvantinę superpoziciją galima sukurti panaudojant vienintelį veidrodį ir jokių išorinių laukų“. Pasitelkiant labai paprastą ir natūralų būdą, panaikinama riba tarp dalelės ir jos atvaizdo veidrodyje, nekomplikuojant eksperimento sudėtingais įrenginiais.
