Фізикам вдалося частково перемогти фундаментальний принцип квантової механіки – співвідношення невизначеностей Гейзенберга

Фізикам вдалося частково перемогти фундаментальний принцип квантової механіки – співвідношення невизначеностей Гейзенберга. Щоб більш точно визначити момент частинки, і її місцезнаходження, вчені «здавили» 40 000 атомів рубідію, зробивши їх квантові стани залежними. Дві великі фізичні теорії двадцятого сторіччя – теорія відносності і квантова механіка, мають у своїй основі заборони.

Перша забороняє пересування зі сверхсветовой швидкістю, друга проголошує принцип невизначеності, згідно з яким

не можна з абсолютною точністю провести одночасне вимірювання моменту і місцезнаходження частинки: чим точніше ви визначите її місце, тим неопределенней буде ваша інформація про її моменті, і навпаки.

Заборони дратують, викликають прагнення їх порушити і, відповідно, будять думку, а якщо заборона, як в даному випадку, абсолютне, він стає вічним «будильником» думки, вічним джерелом нових ідей і нових можливостей.

Кількість квантової невизначеності піддається обчисленню і часто зображується графічно у вигляді кола, всередині якого знаходяться реальні координати і реальний момент частинки, підданої вимірюванню. Змінити площа цього кола неможливо, зате можна змінити саму форму області, і за останні десятиліття вчені навчилися перетворювати коло еліпс або навіть майже в пряму лінію, забезпечуючи точність вимірювання одного з цих двох параметрів, жертвуючи іншим.

Ефект називається «стискання». З його допомогою можна «здавлювати» параметри фотонів і атомів, збільшуючи точність визначення одного з ключових параметрів, що буває дуже важливо при вимірах, необхідних для збільшення точності атомних годин, магнітно-резонансних томографів, у ряді військових програм та ін.

Фізики з Технологічного інституту Джорджії (США) під керівництвом професора фізики Майкла Чепмена навчилися «здавлювати» третій параметр – вже не для однієї частинки, а для цілої групи частинок. Називається цей параметр нематический тензор», або настільки ж незрозуміло, але хоча б коротше – квадруполь. Нематичность визначає ступінь вибудовування в масиві частинок, вона важлива при описі рідких кристалів, екзотичних магнітних матеріалів, а також деяких високотемпературних надпровідників. В даному випадку вона знадобилася для опису унікальної форми матерії під назвою «конденсат Бозе-Ейнштейна», де всі атоми знаходяться в одному і тому самому квантовому стані. Результати роботи опубліковані в свіжому випуску журналу Nature Physics.

Щось схоже вчені вміють робити вже років 15, але тільки для системи атомів, які можуть перебувати лише у двох квантових станах.

Вони можуть здавлювати» сумарний кутовий момент такої групи, тобто напрям в ній результуючого магнітного поля. Бозе-конденсат, досліджуваний групою Чепмена, де атоми можуть мати одне з трьох квантових станів, а їх сумарний спін дорівнює нулю, такому «здавлювання» досі не піддавався.

Групі Чепмена вдалося «здавити» нематический тензор для групи з 40 000 атомів рубідію, зіштовхуючи їх між собою, змушуючи деякі з них обмінюватися квантовими станами, «заплутуючи» їх, роблячи квантово залежними один від одного. За словами Чепмена,

«заплутування створює здавлювання» і знижує невизначеність вимірювання.

Цей ефект може виявитися дуже важливим для точних магнітних вимірювань, необхідних, наприклад, для квантових комп’ютерів майбутнього, де інформація буде запасатися в спинах атомів і їх нематическом тензоре.

Наступним логічним кроком має стати експеримент, що підтверджує вірність принципу «запутай та дави», інакше кажучи, дозволяє виміряти магнітне поле групи атомів в заплутаному і незапутанном станах і порівняти точність цих вимірів. Але тут вчені натрапили на дуже серйозну перешкоду – їх лабораторія «шумить».

Вона шумить безліччю пристроїв, що створюють власні магнітні поля, до них відносяться навіть комп’ютерні монітори. «Якщо б у нас була магнітно безшумна лабораторія, – каже Чепмен, – ми могли б провести такий експеримент, але нинішнє магнітне оточення не дозволяє нам це зробити». Так чи інакше, принцип «запутай та дави» проголошений.

«Є безліч речей, які можна робити з допомогою квантового заплутування, і підвищення точності вимірювань – одне з них.

Ми не можемо порушити принцип невизначеності Гейзенберга, але, принаймні, ми можемо маніпулювати ним».

  • уклав Чепмен.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *