Учените използваха изкуствен атом, за да покажат възможността да запазят котката на Шрьодингер за неопределено време, както и да ускорят настъпването на кончината си. За това и онова дори не е нужно да поглеждате в кутията, в която тази котка обикновено седи (или не седи). Използването на класически аналогии като тази може да изглежда прекалено опростено или странно, но за науката е много важно. Те показват как реалността се намира на фундаментално ниво и може да доведе до по-добри инструменти, които физиците използват в квантовото инженерство.
Учени от Университета на Вашингтон в Сейнт Луис решиха да разберат със сигурност дали е необходимо изобщо да се събира информация от квантова система - или по-просто - да се погледне на частица - за да се повлияе на нейното поведение. Може би „спирането“ще е достатъчно?
Сигнал за спойлер: Разбраха, че няма нужда да гледате.
Малко история: котката, кутията и ефектите на Зенон
Ако някой не знае каква е котката на Шрьодингер, си припомняме легендата. Според копенхагенската интерпретация на квантовата механика, физическият обект (като атом) няма специфични свойства, докато не го измерим. В отговор физикът Ервин Шрьодингер предложи мисловен експеримент. Той предположи, че ако това тълкуване е правилно, можем да поставим радиоактивното вещество в малък контейнер до брояча на Гейгер, да завържем плота с чук и да поставим чука над капсулата с киселина, така че да го смаже, докато атомът се разпадне.
Ако сложим всичко това в кутия с котка, няма да можем да измерим свойствата на атома, защото, доколкото знаем, атомът едновременно се разпада и не се разпада (затова има полуживот). В резултат на това котката ще бъде едновременно жива и мъртва, докато не погледнем вътре.
Това е легендата. Но тя има двойно дъно.
Промоционално видео:
През 1974 г. учените задават въпроса: Зависи ли животът на нестабилна система от измервателно устройство?
Този парадокс стана известен като квантовия ефект на Зенон: Какво се случва, ако постоянно наблюдаваме нестабилен атом? Ще се разпадне ли?
Според ефекта на Зенон, при постоянно наблюдение, той никога няма да излъчи нито една частица радиация. През 1989 г. това беше демонстрирано за първи път в експеримент от Националния институт за стандарти и технологии на САЩ и една странна хипотеза стана странна реалност.
Десет години по-късно е предложен обратният ефект на Зенон - ефектът Антисенон. Честото измерване на радиоактивно атомно ядро може да ускори неговото разпадане, в зависимост от процеса.
Остава само да разберем какво е „измерение“.
За да измерите нещо като радиоактивен атом, да наблюдавате над него и да прочетете неговите параметри и свойства, трябва по някакъв начин да взаимодействате с него, така че информацията да излезе под някаква форма. В този процес многобройните възможности на атома се сриват до един-единствен резултат, който виждаме. Но този срив ли е причината за ефекта на Зенон? Или е възможно да се ускори или забави разпадането на атом, без това да доведе до неговия срив в абсолютно състояние?
Зенон срещу Антисенон
Всичко това ни връща към експеримент, проведен от Университета на Вашингтон.
За да определят дали предаването на информация ще наложи ефекта на Зенон или Антисено, учените използват устройство, което в много отношения се държи като атом с много енергийни състояния.
Този "изкуствен атом" успя да тества хипотезата как енергийните състояния - електромагнитните режими - могат да повлияят на тези ефекти.
"Скоростта на разпад на атома зависи от плътността на възможните енергийни състояния или електромагнитни режими за дадена енергия", казва изследователят Кейтер Мерч. „За да разпадне един атом, той трябва да излъчва фотон в един от тези режими. Повече модове означава повече начини за гниене, така че по-бързо гниене “.
По същия начин, по-малко модове означава по-малко възможности за разпад, което обяснява защо атомен съд под постоянен надзор никога няма да се заварява. Мерч и неговият екип успяха да манипулират броя на режимите в своя изкуствен атом, преди да използват стандартни измервания, проверявайки състоянието му всяка микросекунда и ускорявайки или забавяйки "разпадането" му.
"Тези измервания представляват първото наблюдение на два ефекта на Зенон в единна квантова система", казва Мерч.
За да се убедят, че наблюдението или намесата се оказаха ключови, учените направиха така нареченото квазиизмерване, което създава интерференция, без да доведе до срив на атомното състояние. Никой не знаеше какъв ще бъде резултатът.
„Но данните, събрани през целия ден, постоянно показват, че квазиизмерванията произвеждат ефектите на Зенон по същия начин като конвенционалните измервания“, казва Мерч.
Следователно нарушението в процеса на измерване, а не самото пряко измерване води до появата на ефектите Зенон и Антисено.
Знаейки това, можем да приложим нови методи за контрол на квантовите системи, използвайки динамиката на Zeno.
Какво означава всичко това за бедната котка на Шрьодингер?
„Ефектът на Зенон казва, че ако тестваме котката, ще нулираме часовника на разпадане и ще спасим живота на котката“, казва ученият Патрик Харингтън. „Но трикът е, че ефектите на Зенон са за нарушение, а не за информация, така че дори не е нужно да гледате в полето, за да ги задействате. Същите ефекти ще има, ако просто разклатите кутията."
ИЛЯ КХЕЛ