Екип от изследователи от Китайския университет за наука и технологии (USTC) възстановява един от най-известните опити на Алберт Айнщайн да намери пропуски в квантовата теория, а резултатите са изцяло в полза на Нилс Бор.
Историческия спор между Айнщайн и Бор, един от най-известните в историята на физиката, е свързан с фундаменталния въпрос за природата на реалността в квантовата механика. Той се върти около един фундаментален въпрос: има ли частицата реален, определен път, или самата природа е вероятностна, докато не я измерим?
Айнщайн настоява, че светът е подчинен на скрити, точни закони — фотонът минава през конкретен процеп, просто ние още не можем да видим как. Бор твърди обратното: ако се опитаме да измерим пътя, ние променяме самото поведение на частицата.
Именно тук идва интерференцията — красивият вълнов модел от светли и тъмни ивици, който показва, че фотоните се държат като вълни, докато не се опитаме да ги „хванем в крачка“.
Айнщайн казва трябва да е възможно да се определи траекторията на фотона, без да се разрушава неговата вълнова интерференция. Бор отвръща, че вселената просто не функционира по този начин, тъй като някои от нейните свойства са фундаментално несъвместими при едно и също измерване. Почти 100 години по-късно китайски екип открива, че природата е на страната на Бор.
Използвайки изключително чувствителен интерферометър с един атом, изследователите, ръководени от Пан Дзянвей, пренасят мисловния експеримент на Айнщайн от 1927 г. в реалния свят с безпрецедентна прецизност.
Тяхната постановка показва още веднъж, че квантовият свят отказва да ни позволи да видим всичко наведнъж.
В изявление, цитирано от South China Morning Post (SCMP), рецензентите на работата наричат експеримента „значителен принос към основите на квантовата механика“.
Ехото на един век се завръща
Проектът възпроизвежда емблематичния експеримент с двойния процеп, при който единични фотони се държат едновременно като частици и вълни.
Идеята на Айнщайн била да добави подвижен, изключително лек обект в устройството, който да може да регистрира миниатюрния „тласък“ от фотона и да покаже през кой процеп е минал. През 1927 г. обаче нито един детектор на Земята не е бил достатъчно чувствителен, за да измери този отскок.
Екипът на Пан решава този проблем, като улавя един-единствен рубидиев атом в лазерна светлина и го охлажда до почти абсолютна нула. Този самотен атом ефективно се превръща в подвижния процеп на Айнщайн.
Когато атомът е държан по-свободно, той леко се поклаща – достатъчно, за да издаде траекторията на фотона. Но интерференционният модел изчезва. Когато атомът е държан здраво, колебанието изчезна, пътят на фотона става неизвестен и интерференцията се връща, точно както е предсказал Бор.
„Чрез настройване на неточността в импулса на фотоните“, обяснява съпътстваща статия на Американското физическо дружество (APS), екипът на Пан успява „да направи границите по-размазани или по-ясни, в съответствие с теорията“.
Нови възможности
Въпреки че резултатът не опровергава квантовата механика (Бор печели този спор отдавна), той създава една от най-чистите тестови платформи за изследване на по-фините аспекти на квантовата теория.
Контролът върху единични атоми в експеримента дава на физиците рядката възможност да изследват как квантовите системи губят своята кохерентност или се заплитат с околната среда.
Според статията на APS, устройството „има потенциал да изследва други, по-малко установени аспекти на квантовата механика“, включително как заплитането и декохеренцията се влияят взаимно. Отговорите на тези въпроси са от значение далеч отвъд академичните дебати.
Разбирането на това как квантовите състояния се разграждат може да помогне за проектирането на по-стабилни кубити, изграждането на ултрапрецизни сензори и усъвършенстването на квантовите комуникационни мрежи.
Резултатите са публикувани в Physical Review Letters.
Източник: InterestingEngineering
