Фізики зуміли “спростити” знаменитий принцип невизначеності Гейзенберга, одночасно вимірявши середній імпульс і координату для великої кількості фотонів

Нова робота опублікована в журналі Science, а коротко про неї пише портал ScienceNOW. Принцип невизначеності Гейзенберга встановлює теоретично можливий межа точності для квантових вимірювань. В одній з формулювань він говорить, що неможливо одночасно абсолютно точно виміряти імпульс частинки і її координату (твір невизначеності вимірювань цих величин завжди буде більше певної константи, відомої як наведена постійна Планка). Принцип невизначеності, зокрема, “відповідальний” за неможливість пояснити парадокс знаменитого експерименту з одночасним проходженням електрона або фотона через дві щілини.

Класичний варіант цього досвіду виглядає так: потік елементарних частинок пропускають через тонку пластину, на якій розташовані дві дуже вузькі вертикальні щілини. При цьому на екрані, установленому за пластиною, виникає інтерференційна картина з чергування темних і світлих смуг. Інтерференція має хвильовий пояснення: елементарні частки мають також хвильової природою, і коли складаються хвилі, що знаходяться у фазі, виникають світлі смуги, а коли в протифазі – темні.

Інтерференція в описаному експерименті спостерігається і в тому випадку, коли інтенсивність потоку елементарних частинок настільки мала, що вони проходять крізь пластину. Згідно так званої Копенгагенської інтерпретації квантової механіки, це явище пояснюється тим, що електрон (або фотон) одночасно проходить крізь обидві щілини і интерферирует сам з собою. Визначити, крізь яку з щілин все ж пройшла елементарна частинка, не можна із-за принципу невизначеності Гейзенберга. Будь-які вимірювання призведуть до того, що квантова система “схлопнется” і інтерференційна картина зникне.

Автори нової роботи доповнили експериментальну установку кристалом кальциту, встановленим між пластиною і екраном. Вчені пропускали крізь щілини суміш фотонів певної поляризації, які неоднаково проходили крізь кальцит. По тому, як саме змінилася траєкторія фотонів, вчені могли вирахувати їх імпульс. Повторюючи експеримент багато разів і аналізуючи виникає інтерференційну картину, дослідники могли з’ясувати, яка була координата і середній імпульс елементарних частинок. Одночасно визначити ці параметри для індивідуальних фотонів було, як і раніше, неможливо.

Автори відзначають, що їх робота не порушує фундаментального положення квантової механіки, проте вказує на можливість перегляду теорії про трактування впливу квантових вимірювань.

Посилання по темі
– Observing the Average Trajectories of Single Photons in a Two-Slit Interferometer – Science, 03.06.2011
– Quantum Mechanics Gets Моторошно Less Weird – ScienceNOW, 02.06.2011

Залишити відповідь

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