Ny gennembrudsopdagelse - hver kvantepartikel rejser baglæns

Matematikere ved universiteterne i York, München og Cardiff har identificeret en unik egenskab ved kvantemekaniske partikler - de kan bevæge sig i modsat retning af den retning, de bliver skubbet i.

I hverdagen, objekter bevæger sig i samme retning som deres momentum - en bil i fremadgående bevægelse kører fremad, og bestemt ikke baglæns.

Imidlertid, dette er ikke længere sandt på mikroskopiske skalaer - kvantepartikler kan delvist gå i bakgear og bevæge sig i den modsatte retning af deres momentum. Denne unikke egenskab er kendt som 'backflow'.

Ny opdagelse

Det er første gang, det er fundet i en partikel, hvor ydre kræfter virker på den. Tidligere, videnskabsmænd var kun opmærksomme på denne bevægelse i "frie" kvantepartikler, hvor ingen kraft virker på dem.

Ved at bruge en kombination af analytiske og numeriske metoder, forskere opnåede også præcise skøn over styrken af ​​dette fænomen. Sådanne resultater viser, at tilbagestrømning altid er der, men er en ret lille effekt, hvilket kan forklare, hvorfor det ikke er blevet målt endnu.

Denne opdagelse baner vejen for yderligere forskning i kvantemekanik, og kunne anvendes til fremtidige eksperimenter inden for kvanteteknologiske områder såsom computerkryptering.

Unikt for kvantepartikler

Dr. Henning Bostelmann, Forsker ved Yorks Institut for Matematik, sagde:"Denne nye teoretiske analyse af kvantemekaniske partikler viser, at denne 'backflow'-effekt er allestedsnærværende i kvantefysikken.

"Vi har vist, at tilbagestrømning altid kan forekomme, også selvom en kraft virker på kvantepartiklen, mens den bevæger sig. Tilbagestrømningseffekten er resultatet af bølge-partikel-dualitet og kvantemekanikkens sandsynlige natur, og det er allerede godt forstået i et idealiseret tilfælde af kraftfri bevægelse."

Dr. Gandalf Lechner, Forsker ved Cardiff's University's School of Mathematics, sagde:"Kræfter kan selvfølgelig få en partikel til at gå baglæns - dvs. de kan afspejle det, og dette fører naturligvis til øget tilbagestrømning. Men vi kunne vise, at selv i et fuldstændig refleksionsfrit medie, tilbageløb opstår. I nærvær af refleksion, på den anden side, vi fandt ud af, at tilbagestrømning forbliver en lille effekt, og estimerede dens størrelse."

Ydre kræfter

Dr Daniela Cadamuro, Forsker ved det tekniske universitet i München, sagde:"Tilbagestrømningseffekten i kvantemekanikken har været kendt i et stykke tid, men det er altid blevet diskuteret i forhold til 'frie' kvantepartikler, dvs. ingen ydre kræfter virker på partiklen.

"Da 'frie' kvantepartikler er en idealiseret, måske urealistisk situation, vi har vist, at tilbageløb stadig opstår, når der er eksterne kræfter til stede. Det betyder, at eksterne kræfter ikke ødelægger tilbageløbseffekten, hvilket er en spændende ny opdagelse."

"Disse nye resultater giver os mulighed for at finde ud af den optimale konfiguration af en kvantepartikel, der udviser den maksimale mængde tilbagestrømning, hvilket er vigtigt for fremtidig eksperimentel verifikation."