Forskere kortlægger den hemmelige bevægelse af kvantepartikler

Forskere fra University of Cambridge har kigget ind i kvantemekanikkens hemmelige område. I et teoretisk oplæg offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgang A , de har vist, at den måde, hvorpå partikler interagerer med deres miljø, kan bruges til at spore kvantepartikler, når de ikke bliver observeret, som man troede var umulig.

En af kvanteteoriens grundidéer er, at kvanteobjekter kan eksistere både som en bølge og som en partikel, og at de ikke eksisterer som det ene eller det andet, før de er målt. Dette er den forudsætning, som Erwin Schrödinger illustrerede med sit berømte tankeeksperiment, der involverede en død eller måske ikke-død kat i en kasse.

"Denne forudsætning, almindeligvis omtalt som bølgefunktionen, er blevet brugt mere som et matematisk værktøj end en repræsentation af faktiske kvantepartikler, "sagde David Arvidsson-Shukur, en ph.d. studerende ved Cambridge's Cavendish Laboratory, og papirets første forfatter. "Derfor tog vi udfordringen op med at skabe en måde at spore kvantepartiklers hemmelige bevægelser."

Enhver partikel vil altid interagere med sit miljø, 'tagge' det undervejs. Arvidsson-Shukur, arbejder sammen med sine medforfattere professor Crispin Barnes fra Cavendish Laboratory og Axel Gottfries, en ph.d. studerende fra Det Økonomiske Fakultet, skitserede en måde for forskere at kortlægge disse 'tagging' -interaktioner uden at se på dem. Teknikken ville være nyttig for forskere, der foretager målinger i slutningen af ​​et eksperiment, men ønsker at følge partiklernes bevægelser under hele forsøget.

Nogle kvanteforskere har foreslået, at information kan overføres mellem to mennesker - normalt omtalt som Alice og Bob - uden at partikler bevæger sig mellem dem. I en vis forstand, Alice får beskeden telepatisk. Dette er blevet kaldt kontrafaktisk kommunikation, fordi det strider imod den accepterede 'kendsgerning', at for at information kan transporteres mellem kilder, partikler skal bevæge sig imellem dem.

"For at måle dette fænomen kontrafaktisk kommunikation, vi har brug for en måde at finde ud af, hvor partiklerne mellem Alice og Bob er, når vi ikke kigger, "sagde Arvidsson-Shukur." Vores 'tagging'-metode kan gøre netop det. Derudover vi kan verificere gamle forudsigelser om kvantemekanik, for eksempel at partikler kan eksistere forskellige steder på samme tid. "

Grundlæggerne af moderne fysik udformede formler til at beregne sandsynlighederne for forskellige resultater fra kvanteeksperimenter. Imidlertid, de gav ingen forklaringer på, hvad en kvantepartikel gør, når den ikke observeres. Tidligere forsøg har antydet, at partiklerne kan gøre ikke-klassiske ting, når de ikke observeres, som at eksistere to steder på samme tid. I deres papir, Cambridge -forskerne overvejede, at enhver partikel, der rejser gennem rummet, vil interagere med omgivelserne. Disse interaktioner er, hvad de kalder partikelens 'mærkning'. Interaktionerne koder information i partiklerne, der derefter kan afkodes ved afslutningen af ​​et eksperiment, når partiklerne måles.

Forskerne fandt ud af, at disse oplysninger, der er kodet i partiklerne, er direkte relateret til den bølgefunktion, som Schrödinger postulerede for et århundrede siden. Tidligere blev bølgefunktionen tænkt som et abstrakt beregningsværktøj til at forudsige resultaterne af kvanteeksperimenter. "Vores resultat tyder på, at bølgefunktionen er tæt forbundet med den faktiske tilstand af partikler, "sagde Arvidsson-Shukur." Så, vi har været i stand til at udforske kvantemekanikkens 'forbudte domæne':at fastgøre kvantepartiklernes vej, når ingen observerer dem. "