Undgå usikkerhedsprincippet i kvantefysik

Usikkerhedsprincippet, først introduceret af Werner Heisenberg i slutningen af ​​1920'erne, er et grundlæggende begreb inden for kvantemekanik. I kvanteverdenen, partikler som elektronerne, der driver alle elektriske produkter, kan også opføre sig som bølger. Som resultat, partikler kan ikke have en veldefineret position og momentum samtidigt. For eksempel, måling af en partikels momentum fører til en positionsforstyrrelse, og derfor kan positionen ikke defineres præcist.

I nyere forskning, udgivet i Videnskab , et hold ledet af prof. Mika Sillanpää ved Aalto Universitet i Finland har vist, at der er en måde at komme uden om usikkerhedsprincippet. Holdet inkluderede Dr. Matt Woolley fra University of New South Wales i Australien, der udviklede den teoretiske model for forsøget.

I stedet for elementarpartikler, holdet udførte eksperimenterne ved at bruge meget større genstande:to vibrerende trommeskinner en femtedel af bredden af ​​et menneskehår. Trommeskinnerne blev omhyggeligt tvunget til at opføre sig kvantemekanisk.

"I vores arbejde trommeskinnerne udviser en kollektiv kvantebevægelse. Trommerne vibrerer i en modsat fase af hinanden, sådan, at når en af ​​dem er i en slutposition af vibrationscyklussen, den anden er i den modsatte position på samme tid. I denne situation, kvanteusikkerheden for tromlernes bevægelse annulleres, hvis de to tromler behandles som én kvantemekanisk enhed, " forklarer hovedforfatteren af ​​undersøgelsen, Dr. Laure Mercier de Lepinay.

Det betyder, at forskerne samtidig var i stand til at måle de to trommeskinners position og momentum - hvilket ikke burde være muligt ifølge Heisenberg-usikkerhedsprincippet. At bryde reglen giver dem mulighed for at karakterisere ekstremt svage kræfter, der driver trommeskinnerne.

"En af tromlerne reagerer på alle kræfterne fra den anden tromle på den modsatte måde, lidt med en negativ masse, " siger Sillanpää.

Desuden, forskerne udnyttede også dette resultat til at give det mest solide bevis til dato for, at så store objekter kan udvise det, der er kendt som kvanteforviklinger. Sammenfiltrede objekter kan ikke beskrives uafhængigt af hinanden, selvom de kan have en vilkårligt stor rumlig adskillelse. Entanglement tillader par af objekter at opføre sig på måder, der modsiger klassisk fysik, og er nøgleressourcen bag nye kvanteteknologier. En kvantecomputer kan, for eksempel, udføre de typer beregninger, der er nødvendige for at opfinde ny medicin, meget hurtigere end nogen supercomputer nogensinde kunne.

I makroskopiske objekter, kvanteeffekter som sammenfiltring er meget skrøbelige, og ødelægges let af eventuelle forstyrrelser fra deres omgivende miljø. Derfor, forsøgene blev udført ved en meget lav temperatur, kun en hundrededel en grad over det absolutte nul ved -273 grader.

I fremtiden, forskergruppen vil bruge disse ideer i laboratorieforsøg med det formål at undersøge samspillet mellem kvantemekanik og tyngdekraft. De vibrerende trommeskinner kan også tjene som grænseflader til at forbinde knudepunkter i stor skala, distribuerede kvantenetværk.

Artiklen, "Kvantemekanikfrit delsystem med mekaniske oscillatorer, " af Laure Mercier de Lépinay, Caspar F. Ockeloen-Korppi, Matthew J. Woolley, og Mika A. Sillanpää udkommer i Videnskab 7 maj.