Afsløring af kvantestatistik med et par fjerne atomer

Et internationalt forskerteam har foreslået en ny måde at gøre atomer eller ioner til at skelne ved at skifte deres positioner. Disse partikler forventes derefter at udvise eksotiske egenskaber. Undersøgelsen involverede fysikere fra University of Bonn, det østrigske videnskabsakademi, og University of California. Værket er nu blevet offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .

Forestil dig, at du spiller spillet "Find the Lady" - faktisk en meget enkel version af den:croupieren er ingen hærdet kunstner, men derimod en helt ærlig kvinde. Og på bordet foran hende er der kun to kopper, ikke tre. Disse er lavet af sort plast og ligner så meget, at du - prøv som du kan - ikke kan skelne den ene fra den anden.

Croupieren flytter begge kopper frem og tilbage. Hendes træk er meget hurtige og fingerfærdige. Alligevel, med lidt koncentration, du formår at følge hendes træk. I slutningen, du kan korrekt angive, hvilken af ​​kopperne der oprindeligt var til venstre og hvilken til højre.

Men hvad ville der ske, hvis du lukker øjnene, når kopperne flyttes? I dette tilfælde, du kan kun gætte. Trods alt, til dig, begge kopper ser fuldstændig identiske ud. Selvfølgelig, det er de ikke rigtig - kop 1 forbliver kop 1, uanset hvor ofte det skifter sted med kop 2.

Imidlertid, i verden med de mindste ting, der kan udføres eksperimenter, hvor identiteten ikke er så klar. At spille et spil som "Find the Lady" i kvanteverdenen er nu blevet foreslået af fysikere ved Institute of Applied Physics (IAP) ved University of Bonn sammen med deres kolleger fra Østrig og USA.

På forskellige steder på samme tid

I kvanteverdenen, kopperne erstattes af to atomer, der er nøjagtigt i samme atomtilstand. "Sådanne atomer kan fremstilles i specialiserede laboratorier med state-of-the-art teknikker, "forklarer prof. Dieter Meschede fra IAP." De er faktisk fuldstændig ens og adskiller sig kun på grund af den position, de befinder sig i. "

Når du spiller "Find damen" i atomernes verden, du har lidt ekstra frihed. For eksempel, forskere kan regne med det kvantemekaniske fænomen, hvorefter partikler kan være to forskellige steder på samme tid. Ved smart at bruge dette fænomen, atom 1 og 2 kan, med et vist held, bytte plads uden at nogen opdager det.

Med andre ord:i slutningen af ​​kvantemanipulationen, observatøren har ingen måde at sige - principielt - om atom 1 faktisk stadig er atom 1, eller om det er blevet byttet med atom 2. For standardkopper, det ville stadig være muligt at skelne dem pålideligt ved hjælp af deres mindste forskelle, f.eks. en mikroskopisk lille bule. Dette er ikke tilfældet for identisk fremstillede atomer; de er nøjagtig de samme. "I slutningen af ​​forsøget, det er således ikke længere muligt - i hvilken som helst form - at identificere, hvilket af de to atomer der er nummer 1 og hvilket er nummer 2, "forklarer Dr. Andrea Alberti fra IAP.

Dette har også filosofiske konsekvenser. Den tyske filosof Gottfried Wilhelm Leibniz (1646–1716) krediteres med påstanden om, at to objekter er identiske, når der ikke kan skelnes mellem dem. Efter Leibniz 'logik, de skiftede atomer må da have mistet en del af deres individualitet:de er to, alligevel er de på en eller anden måde ét.

Forbløffende, begge er også 'forbundet' med hinanden efter at have skiftet sted:visse egenskaber for begge partikler, såsom spinet - et atums rotationsretning - afhænger af begge partikler. Hvis du observerer spin -orienteringen af ​​atom 1, så vil du straks kende spin 2 -orienteringen - selv uden direkte at observere den. "Det er som om du kaster to mønter uafhængigt af hinanden, "forklarer Andrea Alberti." Hvis en mønt viser hoveder, så må dette også være tilfældet for den anden. "Fysikere taler om 'sammenfiltring'.

IAP -forskerne arbejder i øjeblikket på at omsætte deres teoretiske forslag i praksis. Eksperimentet kan også udføres i en modificeret form med andre partikler som ioner - en rute, som kollegerne på Institute for Quantum Optics og Quantum Information i Innsbruck ved det østrigske videnskabsakademi ønsker at tage. "Vi forventer af disse undersøgelser, hvor vi med høj præcision styrer præcis to kvantepartikler, nye fund om det grundlæggende kvantemekaniske udvekslingsprincip, " håber Alberti.