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オブザーバーなしのオブザーバー:量子粒子を追跡する方法は?

2017年、ケンブリッジの研究者大学は不可能を達成したようです-彼らは量子粒子を直接観察せずに観察する方法を発見しました!量子論の基本的な考え方の1つは、量子オブジェクトは波と粒子の2つの状態で同時に存在できるということです。さらに、両方が観察者によって測定されるまで、他の粒子なしでは粒子は存在できません。英国の研究者の研究は、量子粒子をまったく新しい光の中で提示し、他の科学者が彼らの動きと行動を理解するのを助ける可能性があります。興味深いことに、この発見は、エルヴィンシュレーディンガーの有名な思考実験の前提条件として機能します。放射性物質とそれを箱に入れる特別なメカニズムを備えたフラスコを入れ、猫を連れてこの箱に入れると、猫は重なり合うことになります-同時に猫がいる可能性のあるすべての州の全体。ある意味で、研究者は量子粒子を直接観察することなく、その動きを追跡することで、量子力学の「禁止領域」を探索することができました。

研究者は、量子粒子を観察せずに追跡する方法を発見しました

量子力学は、微粒子(分子、原子、原子核、粒子)の運動の法則を説明する方法を確立する基本的な物理理論です。

誰が重なり合っていますか?

今日、私たちは動物園全体の存在について知っています。標準模型に分類されている素粒子-目に見えない粒子は、宇宙の基本的な構成要素です。私たちが作っている原子は、宇宙空間のどこかで超新星爆発から生まれました。量子力学の分野でのすべての新しい発見にほとんど追いつくことができません-すべてが速く起こっています。

しかし、重ね合わせの猫に戻って-波科学的に機能する場合。シュレディンガーの思考実験の目標は、量子重ね合わせと現実がいつ確率になるかという質問に答えることでした。

猫は生きていると同時に死んでいる

これは、作品の作者がこれについて言っていることです、ジャーナルPhysicalReviewに掲載されました:粒子がその環境と相互作用するたびに、情報が粒子にエンコードされる一種の「ラベル」を残します。

実際、研究者たちは、粒子を直接観察する必要なしに、これらの「マーク」を一致させることを可能にする理論を形成しました- 彼らの動きを追跡することができます それらを測定するのではなく、環境に対する粒子の影響を観察します。

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何がないかを確認する方法は?

研究ノートの著者として、猫を使った有名な実験のように、粒子を生成し、環境と相互作用しますが、誰もそれらを見ていない場合に限ります。そこで、物理学者たちは、量子粒子の秘密の動きを追跡する方法を自分たちで作成しました。

非常に簡単に言えば、粒子が移動すると、周囲を「マーク」します。そのような各ラベルまたは環境との相互作用は、粒子内の情報をエンコードします、と研究の著者の1人でケンブリッジのキャベンディッシュ研究所の大学院生であるDavidArvidsson-Shukurは説明します。

量子物理学の基本的な「真実」は、既存のデータと新しい情報を使用してテストできます。ですから、私たちは新しくて信じられないほど新しいエキサイティングな発見を待っています。

「ラベル」に続いて、研究者はそれを発見しました実験の最後、つまり粒子が観察されているときに、粒子からの情報をデコードできます。これにより、パーティクルの動きを追跡し、パーティクルの奇妙な動作についてより多くの情報を学ぶことができます。新しい方法では、「チェックされた」インタラクションの表示を直接観察することなく追跡できます。

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さて、今最も興味深いのはこの方法です。観測不可能な量子粒子を追跡することで、科学者は量子力学の古くからの予測をテストすることができます。最近では、波動関数は、量子実験の結果を予測するためだけに使用される抽象的な計算ツールと見なされていました。

波動関数は、マイクロオブジェクト(たとえば、電子、陽子、原子、分子)の状態を完全に表す量です。

しかし、研究はその情報を示しました、各相互作用の後に各量子粒子にエンコードされ、波動関数に直接関連し、波動関数は粒子の実際の状態に密接に関連しています。これは、科学者が量子力学の「禁止された領域」を探索する方法です。つまり、誰も見ていないときに量子粒子の経路を決定することです。

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近い将来、私たちは間違いなく量子力学の分野での一連の驚くべき発見が待っています。私たちは最近、量子世界でのタイムトラベルについて話しました-量子レベルでは、時間は前進と後退の両方に進むことができることがわかりました。これは物理学であり、複雑ですが驚くべきものです。