Зеркало заставило атом одновременно двигаться в разные стороны

Схематическое представление сути эксперимента. Изображение авторов исследования.

Физики нашли простой способ поместить атом в суперпозицию двух состояний – ученые научились делать это при помощи обычного зеркала. Работа исследователей опубликована в журнале Nature Physics, а коротко о ней пишет портал Physics World.

Все объекты квантового мира пребывают в состоянии суперпозиции множества состояний – иными словами, квантовый объект, например, не находится в каком-то определенном месте, а пребывает как бы в нескольких местах одновременно. Ученые могут рассчитать только вероятность нахождения объекта в том или ином месте. При измерениях состояния квантовых объектов физики получают конкретное значение, однако это «неестественный» процесс для квантовых объектов – при этом говорят о редукции состояния или коллапсе волновой функции.

Доказательством таких необычных свойств объектов квантового мира может быть простейший эксперимент с решеткой, в которой имеются два отверстия: даже один электрон или фотон, проходя сквозь такую решетку, дает интерференционную картину. Интерференция – это оптический эффект, возникающий при наложении нескольких световых волн, соответственно, в опыте с решеткой одна элементарная частица одновременно проходит сквозь оба отверстия.

Авторы новой работы предложили другой способ наглядного получения суперпозиции для атомов. Ученые помещали атомы рядом с зеркалом и возбуждали их при помощи лазера. Через некоторое время атомы возвращались в основное состояние, и при этом испускался фотон – квант излучения. При «отрыве» фотона атом получал небольшой импульс, направленный в противоположную по отношению к движению фотона сторону. Соответственно, информация о движении фотона давала информацию о движении атома.

Так как атомы располагались очень близко к зеркальной поверхности, многие фотоны, испущенные в направлении зеркала, отражались от него и начинали двигаться в противоположную сторону. Отличить фотоны, изначально испущенные в направлении от зеркала, и фотоны, которые поменяли направление движения, отразившись от поверхности, невозможно. Соответственно, невозможно определить и направление движения атома, и оно представляется как суперпозиция движения к и от зеркала.

Физики подтвердили, что атом в эксперименте действительно находится в состоянии суперпозиции, проведя с ним чуть измененный вариант опыта с решеткой. Как отмечают авторы, ценность их работы заключается в том, что суперпозиция двух направлений движения атома создается очень простым способом – обычно для реализации подобных задач необходимо, например, помещать атомы во внешнее поле. Необходимость помещать квантовые объекты в состояние суперпозиции по определенным параметрам есть, в частности, при создании квантовых компьютеров.

Источник

«В экспериментальных работах надо сомневаться до тех пор, пока факты не заставляют отказаться от всяких сомнений»

Луи Пастер

Файлы

Наука против суеверий

Вселенная из ничего

Самоучитель игры на мировой шахматной доске

Теория всего. Происхождение и судьба Вселенной