Undersøgelse af kvantefysik i makroskopisk skala

Hvorfor fungerer kvantemekanik så godt for mikroskopiske objekter, alligevel er makroskopiske objekter beskrevet af klassisk fysik? Dette spørgsmål har generet fysikere siden kvanteteoriens udvikling for mere end 100 år siden. Forskere ved Delft University of Technology og University of Vienna har nu udtænkt et makroskopisk system, der udviser sammenfiltring mellem mekaniske fononer og optiske fotoner. De testede sammenfiltringen ved hjælp af en Bell -test, en af ​​de mest overbevisende og vigtige test for at vise et system opfører sig ikke-klassisk.

Lige siden starten for mere end 100 år siden, fysikere indså, at kvanteteori kan være i konflikt med nogle af de grundlæggende aksiomer i klassisk fysik. I særdeleshed, de pågældende principper er, om information kan udveksles hurtigere end lysets hastighed (kaldet 'lokalitet'), og om der findes fysiske størrelser, uanset om de observeres eller ej (kaldet 'realisme'). Albert Einstein spurgte engang berømt Abraham Pais, hans biograf, hvis han virkelig troede, at månen kun fandtes, da han så på den.

En heftig debat mellem Einstein og Niels Bohr om denne aksiomkonflikt i 1930'erne startede årtiers lang forskning om korrelationer mellem kvantesystemer. Dette fænomen, kaldes kvanteindvikling, hurtigt krystalliseret som en af ​​de vigtigste forudsigelser i kvantemekanikken. Arbejde af John Bell i 1960'erne åbnede en rute for at teste disse principper eksperimentelt, hvilket tilføjede nye og spændende resultater til debatten. De fleste kvanteeksperimenter udført til dato, imidlertid, beskæftiger sig med enten en eller et relativt lille antal partikler.

Kvantekorrelationer

Et hold forskere ledet af prof. Simon Gröblacher fra Delft University of Technology er nu gået ind i en helt ny skala af kvantemålinger. De skabte en enhed, der gav sammenhænge mellem vibrationsbevægelsen af ​​siliciumoptomekaniske oscillatorer, omfattende cirka 10 milliarder atomer, og optiske tilstande. Enhederne blev afkølet til deres bevægelige jordtilstande inde i et fortyndingskøleskab og blev derefter sonderet med laserpulser. Specifikke laserfrekvenser kan interagere med enhederne, enten spændende bevægelsen kontrolleret eller læsning af dens tilstand. Når dette sker, der opstår korrelationer mellem det spredte lys og de enheder, der gør det muligt perfekt at forudsige adfærden hos en af ​​dem af den anden.

For at teste, om korrelationerne i deres system var, faktisk, kvantemekanik på arbejdet, og ikke klassisk fysik, de udførte en Bell -test. De to partikler fik i det væsentlige et valg:Eksperimentet blev udtænkt på en sådan måde, at de hver især kunne registreres i en af ​​to detektorer. Begge resultater var lige så sandsynlige af design, hvilket gjorde det umuligt at forudsige resultatet for fotoner eller fononer individuelt. Imidlertid, på grund af sammenhængene mellem de to, fononerne kunne laves således, at de altid giver et tilsvarende måleresultat til fotonerne. I omkring 80 procent af tilfældene de viste sig at opføre sig sådan, hvilket er langt over den klassiske Bell -tærskel på cirka 70 procent.

Grundig test

Den virkelige Bell -test var at justere visse eksperimentelle parametre, der påvirker de to partikler på forskellige måder og se, hvornår denne afhængighed bryder sammen. Kvantemekanisk, de to kan opretholde korrelerede måleresultater i meget længere tid, end hvad der klassisk er tilladt. "Dette er den mest grundige test af en massiv enhed, der opfører sig kvantemekanisk endnu udført, "sagde prof. Gröblacher.

Disse resultater indebærer, at kvantemekanikken strækker sig op til det makroskopiske domæne. I øvrigt, den enhed, forskerne fremstillede, kan forstørres og forbedres. Gröblacher:"Da vores eksperimentelle protokol er uafhængig af oscillatorens størrelse, disse resultater lægger grundlaget for muligheden for at undersøge grænsen mellem klassisk og kvantefysik med vilkårligt store objekter, selv dem, der er synlige for det blotte øje. "