Forskere brugte et kunstigt atom for at vise muligheden for at holde Schrödingers kat i live i en ubestemt periode samt for at fremskynde begyndelsen af dens død. For dette og det, behøver du ikke engang at kigge ind i kassen, hvor denne meget kat normalt sidder (eller ikke sidder). Brug af klassiske analogier som dette kan virke forenklet eller underligt, men for videnskab er det meget vigtigt. De viser, hvordan virkeligheden findes på et grundlæggende niveau og kan føre til bedre værktøjer, som fysikere bruger i kvanteteknik.
Forskere ved University of Washington i St. Louis besluttede at finde ud af med sikkerhed, om det var nødvendigt at indsamle information fra et kvantesystem overhovedet - eller mere enkelt se på en partikel - for at påvirke dens adfærd. Måske vil "bremsning" være nok?
Spoiler alarm: De har regnet ud, at der ikke er behov for at se på.
Lidt historie: katten, kassen og Zenos effekter
Hvis nogen ikke ved, hvilken slags Schrödingers kat, husker vi legenden. I henhold til Københavns fortolkning af kvantemekanik har et fysisk objekt (som et atom) ingen specifikke egenskaber, før vi måler det. Som svar foreslog fysiker Erwin Schrödinger et tankeeksperiment. Han foreslog, at hvis denne fortolkning er korrekt, kunne vi lægge det radioaktive stof i en lille beholder ved siden af Geiger-tælleren, binde tælleren til en hammer og placere hammeren over syrekapslen, så den knuser, mens atomet nedbryder.
Hvis vi lægger alt dette i en kasse med en kat, vil vi ikke være i stand til at måle atomets egenskaber, fordi så vidt vi ved, atomet forfaldt samtidig og ikke henfaldt (det er derfor, det har en halveringstid). Som en konsekvens vil katten være både levende og død på samme tid, indtil vi kigger ind.
Dette er legenden. Men hun har en dobbelt bund.
Salgsfremmende video:
I 1974 stillede forskere spørgsmålet: Afhænger levetiden for et ustabilt system af en måleenhed?
Dette paradoks er blevet kendt som den kvante Zeno-effekt: Hvad sker der, hvis vi konstant observerer et ustabilt atom? Vil det gå i opløsning?
I henhold til Zeno-effekten vil den under konstant observation aldrig udsende en enkelt strålepartikel. I 1989 blev dette først demonstreret i et eksperiment af US National Institute of Standards and Technology, og en mærkelig hypotese blev en mærkelig realitet.
Ti år senere blev den modsatte Zeno-effekt foreslået - Antisenon-effekten. Hyppig måling af en radioaktiv atomkerne kan fremskynde dens henfald, afhængigt af processen.
Det gjenstår kun at forstå, hvad en "dimension" er.
For at måle noget som et radioaktivt atom, for at observere det og læse dets parametre og egenskaber, skal du på en eller anden måde interagere med det, så information kommer ud i en eller anden form. I processen kollapser de mange muligheder for atomet til et enkelt resultat, som vi ser. Men er dette sammenbrud årsagen til Zeno-effekten? Eller er det muligt at fremskynde eller bremse forringelsen af et atom uden at føre til dets sammenbrud i en absolut tilstand?
Zeno vs. Antisenon
Alt dette bringer os tilbage til et eksperiment udført af University of Washington.
For at bestemme, om transmission af information ville tvinge Zeno- eller Antiseno-effekten, brugte forskere en enhed, der på mange måder opfører sig som et atom med mange energitilstander.
Dette "kunstige atom" var i stand til at teste hypotesen om, hvordan energitilstander - elektromagnetiske tilstande - kunne påvirke disse effekter.
"Hastigheden for atomisk henfald afhænger af tætheden af mulige energitilstander eller elektromagnetiske tilstande for en given energi," siger forsker Keiter Merch.”For at et atom kan nedbrydes, skal det udsende en foton i en af disse tilstande. Flere mods betyder flere måder at henfalde på, så hurtigere henfald”.
På samme måde betyder færre mods færre muligheder for henfald, hvilket forklarer, hvorfor en atomkrukke under konstant overvågning aldrig vil svejse. Merch og hans team var i stand til at manipulere antallet af tilstande i deres kunstige atom, før de brugte standardmålinger, kontrollerede dens tilstand hvert mikrosekund og fremskyndede eller bremsede sit "forfald".
"Disse målinger repræsenterer den første observation af to Zeno-effekter i et samlet kvantesystem," siger Merch.
For at sikre, at det var observation eller interferens, der viste sig at være nøglen, foretog forskere en såkaldt kvasimåling, der skaber interferens uden at føre til sammenbrud af atomtilstanden. Ingen vidste, hvad resultatet ville blive.
”Men data indsamlet hele dagen lang viste konstant, at kvasimålinger producerede Zeno-effekter på samme måde som konventionelle målinger,” siger Merch.
Det er følgelig overtrædelsen i måleprocessen og ikke den direkte måling, der fører til udseendet af Zeno- og Antiseno-effekterne.
Når vi kender dette, kan vi anvende nye metoder til styring af kvantesystemer ved hjælp af Zeno-dynamik.
Hvad betyder alt dette for den fattige Schrödingers kat?
"Zeno-effekten siger, at hvis vi tester katten, vil vi nulstille forfaldsuret og redde kattenes liv," siger videnskabsmand Patrick Harrington.”Men tricket er, at Zenos effekter handler om krænkelse, ikke information, så du ikke engang behøver at kigge ind i boksen for at udløse dem. De samme effekter finder sted, hvis du bare ryster boksen."
ILYA KHEL