Observatør uten observatør: hvordan spore kvantepartikler?

I 2017, forskere fra Cambridgeuniversiteter ser ut til å ha oppnådd det umulige - de har oppdaget en måte å observere kvantepartikler uten å observere dem direkte! En av de grunnleggende ideene til kvanteteori sier at kvanteobjekter kan eksistere i to tilstander samtidig: bølger og partikler. Dessuten kan ingen partikkel eksistere uten den andre før begge er målt av observatøren. Arbeidet til britiske forskere presenterer kvantepartikler i et helt nytt lys, og kan potensielt hjelpe andre forskere med å forstå deres bevegelser og oppførsel. Interessant nok fungerer oppdagelsen som en forutsetning for det berømte tankeeksperimentet til Erwin Schrödinger: hvis du legger en kolbe med et radioaktivt stoff og en spesiell mekanisme som åpner den i en boks, og deretter tar en katt og lukker den i denne boksen, katt vil være i superposisjon - helheten av alle stater der det kan være en katt samtidig. På en måte var forskere i stand til å utforske den "forbudte regionen" av kvantemekanikk ved å spore bevegelsene til kvantepartikler uten å observere dem direkte.

Forskere har funnet en måte å spore kvantepartikler uten å observere dem

Kvantemekanikk er en grunnleggende fysisk teori som etablerer en måte å beskrive og bevegelseslovene til mikropartikler (molekyler, atomer, atomkjerner, partikler)

Hvem er i superposisjon?

I dag vet vi om eksistensen av en hel dyrehage.elementærpartikler som har blitt klassifisert i standardmodellen - partikler som er usynlige for øyet er de grunnleggende byggesteinene i universet. Atomene vi er laget av ble født som et resultat av supernovaeksplosjoner et sted i verdensrommet. Vi kan knapt holde tritt med hver ny oppdagelse innen kvantemekanikk – alt skjer raskt.

Men tilbake til katten i superposisjon - bølgenfungerer hvis det er vitenskapelig. Målet med Schrödingers tankeeksperiment var å svare på spørsmålet om når kvantesuperposisjon og virkelighet blir sannsynlighet.

Katten er levende og død på samme tid

Her er hva forfatterne av verket sier om dette,publisert i tidsskriftet Physical Review: Hver gang en partikkel interagerer med omgivelsene, etterlater den en slags «etikett» som informasjon blir kodet gjennom i partiklene.

Faktisk har forskerne dannet en teori som lar dem matche disse "merkene" uten å måtte observere partiklene direkte - deres bevegelse kan spores ikke måle dem, men observere effekten av partikler på miljøet.

Vil du alltid være klar over de siste nyhetene fra verden av vitenskap og høyteknologi? Abonner på vår Telegram-kanal for ikke å gå glipp av noe interessant!

Hvordan se hva som ikke er det?

Som forfatterne av studien merker, merker detgenerere partikler, samhandle med miljøet - men bare når ingen ser på dem - akkurat som i det berømte eksperimentet med en katt. Så fysikere tok på seg å lage en måte å spore de hemmelige bevegelsene til kvantepartikler.

Ganske enkelt, når partiklenebeveger seg, de "merker" omgivelsene sine. Hver slik etikett eller interaksjon med miljøet koder for informasjon i partiklene, forklarer David Arvidsson-Shukur, en av studiens forfattere og en doktorgradsstudent ved Cambridges Cavendish Laboratory.

De grunnleggende "sannhetene" i kvantefysikken kan testes ved hjelp av eksisterende data og ny informasjon. Så vi venter på nye og utrolige nye spennende funn.

Etter «etikettene» fant forskerne detkan avkode informasjon fra partikler på slutten av eksperimentet – altså når partiklene blir observert. Dette lar deg spore bevegelsen til partiklene og lære mye mer informasjon om deres merkelige oppførsel. Den nye metoden lar deg spore visningen av "sjekkede" interaksjoner uten å observere dem direkte.

Du vil være interessert i: Wigners paradoks: hva du trenger å vite om virkelighetens dualitet?

Vel, nå er det mest interessante denne metoden.sporing av uobserverbare kvantepartikler vil tillate forskere å teste de eldgamle spådommene fra kvantemekanikk. I den siste tiden ble bølgefunksjonen ansett som et abstrakt beregningsverktøy som bare ble brukt til å forutsi resultatene av kvanteeksperimenter.

Bølgefunksjon er en størrelse som fullt ut beskriver tilstanden til et mikroobjekt (for eksempel et elektron, proton, atom, molekyl)

Men forskning har vist at informasjon,kodet i hver kvantepartikkel etter hver interaksjon, er direkte relatert til bølgefunksjonen, som igjen er nært knyttet til den faktiske tilstanden til partiklene. Dette er hvordan forskere klarte å utforske det "forbudte området" av kvantemekanikk: å bestemme banen til kvantepartikler når ingen ser på dem.

Se også: Innebærer kvantemekanikk en flerhet av verdener eller hva er Everetts tolkning?

Når det gjelder nær fremtid, er vi definitivt deten rekke fantastiske oppdagelser innen kvantemekanikk venter. Vi snakket nylig om tidsreiser i kvanteverdenen – det viste seg at på kvantenivå kan tiden gå både fremover og bakover. Dette er fysikk, komplekst men fantastisk.