Vědci použili umělý atom, aby ukázali možnost udržet Schrödingerovu kočku naživu po dobu neurčitou, jakož i urychlit nástup její zániku. K tomu a tomu se ani nemusíte dívat do krabice, ve které tato kočka obvykle sedí (nebo nesedí). Použití klasických analogií, jako je tato, se může zdát příliš zjednodušené nebo podivné, ale pro vědu je to velmi důležité. Ukazují, jak se realita nachází na základní úrovni, a mohou vést k lepším nástrojům, které fyzici používají v kvantovém inženýrství.
Vědci z University of Washington ve St. Louis se rozhodli zjistit, zda je nutné shromažďovat informace z kvantového systému vůbec - nebo, jednoduše, podívat se na částici -, aby ovlivnily jeho chování. Možná „brzdění“bude stačit?
Upozornění na spoiler: Přišli na to, že není třeba se dívat.
Trocha historie: kočka, box a Zenoovy efekty
Pokud někdo neví, jaký druh Schrödingerovy kočky, vzpomínáme si na legendu. Podle kodaňské interpretace kvantové mechaniky nemá fyzický objekt (jako atom) žádné specifické vlastnosti, dokud jej nezměříme. Fyzik Erwin Schrödinger v reakci na to navrhl myšlenkový experiment. Navrhl, že pokud je tato interpretace správná, mohli bychom radioaktivní látku vložit do malé nádoby vedle Geigerova počítadla, připoutat ji k kladivu a umístit kladivo nad kyselinovou kapsli tak, aby ji při rozpadu atomu rozdrtilo.
Pokud to všechno vložíme do krabice s kočkou, nebudeme schopni měřit vlastnosti atomu, protože pokud víme, atom se současně rozkládal a nerozkládal (proto má poločas rozpadu). V důsledku toho bude kočka živá i mrtvá ve stejnou dobu, dokud se nedíváme dovnitř.
Toto je legenda. Ale má dvojité dno.
Propagační video:
V roce 1974 vědci položili otázku: Závisí životnost nestabilního systému na měřicím zařízení?
Tento paradox se stal známým jako kvantový Zeno efekt: Co se stane, když neustále pozorujeme nestabilní atom? Rozpadne se?
Podle Zeno efektu, za neustálého pozorování, nikdy nebude emitovat jednu částici záření. V roce 1989 to bylo poprvé demonstrováno na experimentu Národního institutu pro standardy a technologie USA a podivná hypotéza se stala podivnou realitou.
O deset let později byl navržen opačný efekt Zeno - Antisenonův efekt. Časté měření radioaktivního atomového jádra může v závislosti na procesu urychlit jeho rozpad.
Zbývá jen pochopit, co je „dimenze“.
Chcete-li měřit něco jako radioaktivní atom, pozorovat nad ním a číst jeho parametry a vlastnosti, musíte s ním nějakým způsobem interagovat, aby informace vyšla v nějaké formě. V tomto procesu se mnoho možností atomu zhroutí do jediného výsledku, který vidíme. Je to však kolaps příčinou Zeno efektu? Nebo je možné urychlit nebo zpomalit rozpad atomu, aniž by došlo k jeho zhroucení do absolutního stavu?
Zeno vs. Antisenon
To vše nás přivádí zpět k experimentu provedenému University of Washington.
Vědci použili zařízení, které se v mnoha ohledech chová jako atom s mnoha energetickými stavy, aby určilo, zda by přenos informací nutil účinek Zeno nebo Antiseno.
Tento „umělý atom“byl schopen otestovat hypotézu, jak energetické stavy - elektromagnetické režimy - mohou ovlivnit tyto účinky.
„Míra atomového rozpadu závisí na hustotě možných energetických stavů nebo elektromagnetických režimů pro danou energii,“říká výzkumník Keiter Merch. "Aby se atom rozpadl, musí v jednom z těchto režimů emitovat foton." Více modů znamená více způsobů rozpadu, takže rychlejší rozpad “.
Podobně méně modů znamená méně možností rozpadu, což vysvětluje, proč se atomový hrnec pod neustálým dohledem nikdy nebude svařovat. Merch a jeho tým byli schopni manipulovat s počtem režimů v jejich umělém atomu před použitím standardních měření, kontrolovat jeho stav každou mikrosekundu a zrychlit nebo zpomalit jeho „rozpad“.
„Tato měření představují první pozorování dvou Zeno efektů v sjednoceném kvantovém systému,“říká Merch.
Vědci provedli takzvané kvaziměřování, které způsobuje rušení, aniž by to vedlo ke zhroucení atomového stavu, aby se ujistilo, že to bylo pozorování nebo interference. Nikdo nevěděl, jaký bude výsledek.
"Ale data shromážděná po celý den soustavně ukázala, že kvaziměření vyvolala Zeno efekty stejným způsobem jako konvenční měření," říká Merch.
Je to tedy porušení procesu měření, a nikoli přímé měření samotné, které vede ke vzniku efektů Zeno a Antiseno.
S vědomím toho můžeme použít nové metody řízení kvantových systémů pomocí Zeno dynamiky.
Co to všechno znamená pro chudou Schrödingerovu kočku?
"Zeno efekt říká, že pokud testujeme kočku, resetujeme rozpadové hodiny a zachráníme život kočky," říká vědec Patrick Harrington. "Trik je v tom, že účinky Zena jsou o porušení, ne o informacích, takže se nemusíte ani dívat do krabice, abyste je spustili." Stejné účinky se projeví, pokud krabičku jen zatřepete. “
ILYA KHEL